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JP7227159B2 - Systems and methods for the production of recombinant IL-11 in yeast - Google Patents

Systems and methods for the production of recombinant IL-11 in yeast Download PDF

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JP7227159B2 JP2019558999A JP2019558999A JP7227159B2 JP 7227159 B2 JP7227159 B2 JP 7227159B2 JP 2019558999 A JP2019558999 A JP 2019558999A JP 2019558999 A JP2019558999 A JP 2019558999A JP 7227159 B2 JP7227159 B2 JP 7227159B2
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Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年1月16日に出願された米国仮特許出願第62/446,762号の利益を主張する。これらおよび他のすべての参照された外部材料は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。参照により本明細書に組み入れられる用語の定義または使用が矛盾する、または本明細書に提供されるその用語の定義に反する場合、本明細書に提供されるその用語の定義が支配的であるとみなされる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 62/446,762, filed January 16, 2017. These and all other referenced external materials are hereby incorporated by reference in their entirety. If the definition or usage of a term incorporated herein by reference conflicts or is contrary to the definition of that term provided herein, the definition of that term as provided herein shall control. It is regarded.

技術分野
本発明の分野は、特に酵母における、組換えIL-11の製造およびその後の精製である。
TECHNICAL FIELD The field of the invention is the production and subsequent purification of recombinant IL-11, especially in yeast.

背景の説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書に提供された情報のいずれもが先行技術であるかまたは現在特許請求されている発明に関連するとは、または具体的にまたは暗黙的に参照されている刊行物が先行技術であるとは認められない。 The background description includes information that may be useful in understanding the present invention. It is not intended that any of the information provided herein is prior art or relevant to the presently claimed invention, or that any publication specifically or implicitly referenced is prior art. It is not allowed.

インターロイキンIL-11はかなりの治療的可能性を有するが、適切な規模および純度でのIL-11の産生は困難であることが証明されている。グリコシル化が欠如しているために、細菌における組換えIL-11の発現が試みられてきた。しかしながら、得られたタンパク質は不溶性封入体として発現される傾向があり、その結果収率が悪くなる。これはおそらく不適切なフォールディングによるものである。酵母においてIL-11を発現させる試みがなされてきたが、今日までそのような方法は低収率を呈し、また有毒な有機溶媒の使用を必要としていた。 Interleukin IL-11 has considerable therapeutic potential, but production of IL-11 in suitable scale and purity has proven difficult. Expression of recombinant IL-11 in bacteria has been attempted due to its lack of glycosylation. However, the resulting protein tends to be expressed as insoluble inclusion bodies, resulting in poor yields. This is probably due to improper folding. Attempts have been made to express IL-11 in yeast, but to date such methods have exhibited low yields and have required the use of toxic organic solvents.

これに対処するための一つのアプローチは、より望ましい発現特性を有する融合タンパク質として組換えIL-11を発現させることである。市販のIL-11は、典型的には大腸菌で発現された融合タンパク質から単離される。残念なことに、融合タンパク質からIL-11フラグメントを生成するためのエンテロキナーゼの使用は生成物の不均一性をもたらす。同様に、特許文献1;米国特許出願公開第2009/0010872号(Mackiewicz)は、IL-11および可溶性IL-11受容体配列の両方を組み込んだ組換えIL-11融合タンパク質、ならびに培地中での昆虫または哺乳動物細胞におけるそのような融合タンパク質の発現を記載している。しかしながら、そのような融合タンパク質からのIL-11の回収は、融合タンパク質を切断し、生成物IL-11フラグメントの長さおよび/または配列の変動をもたらし得る追加の処理工程を必要とする。さらに、そのような細胞は、所望の産物の下流精製を複雑にし得る複雑な培養要件を有する。 One approach to address this is to express recombinant IL-11 as a fusion protein with more desirable expression characteristics. Commercially available IL-11 is typically isolated from a fusion protein expressed in E. coli. Unfortunately, the use of enterokinase to generate IL-11 fragments from fusion proteins results in product heterogeneity. Similarly, US Patent Application Publication No. 2009/0010872 (Mackiewicz) discloses recombinant IL-11 fusion proteins incorporating both IL-11 and soluble IL-11 receptor sequences, and have described the expression of such fusion proteins in insect or mammalian cells. However, recovery of IL-11 from such fusion proteins requires additional processing steps that can cleave the fusion protein and result in variations in length and/or sequence of the product IL-11 fragments. Moreover, such cells have complex culture requirements that can complicate downstream purification of the desired product.

例えば、特許文献2:米国特許出願公開第2007/0275889号は、IL-11配列とシャペロニンの両方をコードするプラスミドの使用、および培地中の昆虫または哺乳動物細胞におけるそのようなプラスミドの発現を記載している。シャペロニンは、適切なフォールディングを提供し、発現されたIL-11の凝集を防ぐのに役立つ。本明細書中の全ての刊行物は、あたかも各個々の刊行物または特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが示されるのと同程度に参照により組み込まれる。組み込まれた参考文献中の用語の定義または使用が本明細書中に提供されるその用語の定義と矛盾するかまたはそれに反する場合、本明細書中に提供されるその用語の定義が適用され、参照中のその用語の定義は適用されない。しかしながら、上記のように、そのような細胞の培養条件はその後の精製工程を複雑にすることがある。さらに、培養中の哺乳動物細胞および昆虫細胞における発現は一般に細菌または酵母のそれよりはるかに低い。 For example, US Patent Application Publication No. 2007/0275889 describes the use of plasmids encoding both IL-11 sequences and chaperonins, and expression of such plasmids in insect or mammalian cells in culture. are doing. Chaperonins provide proper folding and help prevent aggregation of expressed IL-11. All publications herein are incorporated by reference to the same extent as if each individual publication or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference. If the definition or use of a term in an incorporated reference contradicts or runs contrary to the definition of that term provided herein, the definition of that term provided herein shall apply; The definition of that term in reference does not apply. However, as noted above, such cell culture conditions can complicate subsequent purification steps. Moreover, expression in mammalian and insect cells in culture is generally much lower than that of bacteria or yeast.

米国特許出願公開第2009/0010872号U.S. Patent Application Publication No. 2009/0010872 米国特許出願公開第2007/0275889号U.S. Patent Application Publication No. 2007/0275889

従って、実質的に純粋で活性のあるIL-11を提供するための簡単で、効果的で拡張性のある方法が依然として必要とされている。 Therefore, there remains a need for simple, effective and scalable methods for providing substantially pure and active IL-11.

いくつかの実施形態では、本発明の特定の実施形態を説明および特許請求するために使用される成分の量、濃度などの特性、反応条件などを表す数は、場合によっては「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、特定の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。いくつかの実施形態では、数値パラメータは、報告された有効桁数を考慮して、通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。本発明のいくつかの実施形態の広い範囲を説明する数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に記載されている数値は実施可能な限り正確に報告されている。本発明のいくつかの実施形態において提示される数値は、それらのそれぞれの試験測定値において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含み得る。 In some embodiments, numbers expressing amounts of ingredients, properties such as concentrations, reaction conditions, etc. used to describe and claim certain embodiments of the present invention are sometimes referred to as the term “about” should be understood to be modified by Accordingly, in some embodiments, the numerical parameters set forth in the specification and appended claims are approximations that may vary depending on the desired properties sought to be obtained by a particular embodiment. In some embodiments, numeric parameters should be interpreted by applying normal rounding techniques, taking into account reported significant digits. Notwithstanding that the numerical ranges and parameters setting forth the broad scope of some embodiments of the invention are approximations, the numerical values set forth in the specific examples are reported as precisely as practicable. The numerical values presented in some embodiments of the invention can contain certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements.

本明細書および特許請求の範囲を通して使用されているように、「a」、「an」および「the」の意味は、文脈上明らかにそうでないと指示されていない限り、複数の言及を含む。また、本明細書の説明で使用されるように、「中」の意味は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、「中」および「上」を含む。 As used throughout the specification and claims, the meanings of "a," "an," and "the" include plural references unless the context clearly dictates otherwise. Also, as used in the description herein, the meaning of "middle" includes "middle" and "above" unless the context clearly dictates otherwise.

文脈が反対を示さない限り、本明細書に記載のすべての範囲はそれらの終点を含むと解釈されるべきであり、無制限の範囲は商業的に実用的な値のみを含むと解釈されるべきである。同様に、文脈が反対を示さない限り、全ての値のリストは中間値を含むと見なされるべきである。 Unless the context indicates to the contrary, all ranges recited herein should be interpreted as inclusive of their endpoints, and open-ended ranges should be interpreted as inclusive only of commercially practical values. is. Similarly, all value lists should be considered inclusive unless the context indicates otherwise.

本明細書における値の範囲の列挙は、その範囲内に含まれるそれぞれの別々の値を個々に指す簡潔な方法として役立つことを単に意図している。本明細書で別段の指定がない限り、範囲を有する各個々の値は、あたかも本明細書で個々に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書に別段の指示がない限りまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書の特定の実施形態に関して提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語(例えば「のような」)の使用は、単に本発明をよりよく明らかにするためであり、そうでなければ特許請求の範囲に記載の発明の範囲を限定しない。本明細書中のいかなる言語も、本発明の実施に必須のあらゆる請求されていない要素を示すと解釈されるべきではない。 Recitation of ranges of values herein is merely intended to serve as a shorthand method of individually referring to each separate value falling within the range. Unless otherwise specified herein, each individual value having a range is incorporated herein as if it were an individual listing herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. Any and all examples, or use of exemplary language (e.g., "like") provided herein with respect to particular embodiments, are merely to better clarify the invention and may otherwise be It does not limit the scope of the claimed invention. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element essential to the practice of the invention.

本明細書に開示された本発明の代替の要素または実施形態のグループ化は、限定として解釈されるべきではない。各グループメンバーは、個々に、またはそのグループの他のメンバーまたは本明細書中に見出される他の要素との任意の組み合わせで参照および特許請求することができる。利便性および/または特許性の理由から、グループの一つ以上のメンバーをグループに含めることも、グループから削除することもできる。そのような包含または削除が生じたとき、本明細書は修正されたものとして群を含み、したがって添付の特許請求の範囲で使用されるすべてのマーカッシュ群の書面による説明を満たすと見なされる。 Groupings of alternative elements or embodiments of the invention disclosed herein are not to be construed as limitations. Each group member may be referenced and claimed individually or in any combination with other members of the group or other elements found herein. One or more members of a group may be included or removed from a group for reasons of convenience and/or patentability. When such inclusion or deletion occurs, the specification is deemed to contain the group as modified and thus satisfy all written descriptions of Markush groups used in the appended claims.

発明の概要
本発明の主題は、先行技術の方法と比較して二量体および酸化物含量が低減された高純度の組換えIL-11を提供する装置、システムおよび方法を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present subject matter provides devices, systems and methods that provide highly purified recombinant IL-11 with reduced dimer and oxide content compared to prior art methods.

本発明の概念の一実施形態は、組換えIL-11をコードする発現ベクターを酵母に導入することを含むIL-11の製造方法であって、コードされた組換えIL-11は融合タンパク質の形態ではない。酵母は、IL-11の発現を誘導する条件下で培地中で培養され、続いて上澄みが培地の固形物から分離される。次いでこの上澄みを沈殿物を含む懸濁液を形成するのに十分な量のポリエチレングリコールで処理する。例えば、ポリエチレングリコールは、約4%(w/v)~約12%(w/v)および/または約6%(w/v)~約9%(w/v)の最終濃度で提供され得る。そのようなポリエチレングリコールは、約2,000Dから約20,000D、および/または約4,000Dから約12,000Dの範囲の分子量を有することができる。 One embodiment of the inventive concept is a method of producing IL-11 comprising introducing into yeast an expression vector encoding recombinant IL-11, wherein the encoded recombinant IL-11 is a fusion protein. not the form. Yeast is cultured in medium under conditions that induce expression of IL-11, and the supernatant is then separated from the medium solids. This supernatant is then treated with a sufficient amount of polyethylene glycol to form a suspension containing the precipitate. For example, polyethylene glycol can be provided at a final concentration of about 4% (w/v) to about 12% (w/v) and/or about 6% (w/v) to about 9% (w/v). . Such polyethylene glycols can have molecular weights ranging from about 2,000D to about 20,000D, and/or from about 4,000D to about 12,000D.

この沈殿物は、変性剤を含む溶液に可溶化され、粗IL-11溶液を生成する。適切な変性剤としては、尿素、グアニジン塩酸塩、および/または界面活性剤(ドデシル硫酸塩および/またはN-サルコシルなど)が挙げられる。例えば、グアニジン塩酸塩の濃度は、そのような可溶化工程において、約4M~約10Mまたは約5M~約9Mの濃度であり得る。次に変性剤の濃度を低下させ(例えば、グアニジン塩酸塩濃度を0.7M以下に低下することができる)、リフォールディングされたIL-11溶液を製造する。いくつかの実施形態では、変性剤の濃度を低下させる工程は、変性剤の濃度を低下させた後に、18℃~25℃で約1時間インキュベートすることを含む。変性剤の濃度は、希釈および/またはバッファー交換を含む任意の適切な手段によって低下させることができる。IL-11のリフォールディングは、約0.1mg/mL~約10mg/mL、および/または約2mg/mL未満のタンパク質濃度で実施することができ、共溶質なしで実施することができる。リフォールディングは、約4~約12のpH、または約7~約11のpHで行うことができる。次いで、リフォールディングされたIL-11溶液をイオン交換媒体と接触させ、続いて精製されたIL-11をイオン交換媒体(例えばカチオン交換媒体)から溶出する。 This precipitate is solubilized in a solution containing a denaturant to produce a crude IL-11 solution. Suitable denaturants include urea, guanidine hydrochloride, and/or detergents such as dodecyl sulfate and/or N-sarkosyl. For example, the concentration of guanidine hydrochloride can be from about 4M to about 10M or from about 5M to about 9M in such solubilization steps. The denaturant concentration is then reduced (eg, the guanidine hydrochloride concentration can be reduced to 0.7 M or less) to produce a refolded IL-11 solution. In some embodiments, the step of reducing the concentration of the denaturant comprises incubating at 18° C.-25° C. for about 1 hour after reducing the concentration of the denaturant. Denaturant concentration can be reduced by any suitable means, including dilution and/or buffer exchange. Refolding of IL-11 can be performed at protein concentrations from about 0.1 mg/mL to about 10 mg/mL, and/or less than about 2 mg/mL, and can be performed without co-solutes. Refolding can be performed at a pH of about 4 to about 12, or a pH of about 7 to about 11. The refolded IL-11 solution is then contacted with an ion exchange medium, followed by elution of the purified IL-11 from the ion exchange medium (eg, cation exchange medium).

いくつかの実施形態では、上記の方法は追加の処理ステップを含む。いくつかの態様において、精製されたIL-11は疎水性相互作用媒体と接触させられる。適切な疎水性相互作用媒体は、ブチル、ヘキシル、オクチル、および/またはフェニル媒体を含む。精製されたIL-11と比較して酸化されたIL-11の含有量が低下したポリッシュされたIL-11は、その後、疎水性相互作用媒体から溶出される。得られた精製されたIL-11は、例えば約5%以下の酸化されたIL-11および/または1%以下のIL-11の二量体を含む、少なくとも95%の純度を有することができる。ポリッシュされたIL-11は、7TD1細胞ラインを用いて試験した場合、典型的には約4×10U/mg~約1.2×10U/mg(例えば、約6×10U/mg)の生物学的活性を有する。 In some embodiments, the above methods include additional processing steps. In some embodiments, purified IL-11 is contacted with a hydrophobic interaction medium. Suitable hydrophobic interaction media include butyl, hexyl, octyl, and/or phenyl media. Polished IL-11, which has a reduced content of oxidized IL-11 compared to purified IL-11, is then eluted from the hydrophobic interaction medium. The purified IL-11 obtained can have a purity of at least 95%, for example containing no more than about 5% oxidized IL-11 and/or no more than 1% dimers of IL-11. . Polished IL-11 is typically about 4×10 6 U/mg to about 1.2×10 7 U/mg (e.g., about 6×10 6 U/mg) when tested with the 7TD1 cell line. /mg) of biological activity.

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点は、同じ参照番号が同じ構成要素を表す添付の図面と共に、以下の好ましい実施形態の詳細な説明からより明らかになるであろう。 Various objects, features, aspects and advantages of the present subject matter will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like components.

rhIL-11発現の高密度発酵の結果を示す。図1Aは、異なる時点にわたる増殖曲線を示す。誘導後の異なる時点で培地を採取し、非還元SDS-PAGEおよびイムノブロッティングによって分析した。図1Bは、クマシーブルー染色を用いた非還元SDS-PAGEの典型的な結果を示す。図1Cは、ウエスタンイムノブロッティングからの典型的な結果を示す。Mはタンパク質マーカーを表す。Results of high-density fermentation of rhIL-11 expression are shown. FIG. 1A shows growth curves over different time points. Media were harvested at different time points after induction and analyzed by non-reducing SDS-PAGE and immunoblotting. FIG. 1B shows typical results of non-reducing SDS-PAGE with Coomassie Blue staining. FIG. 1C shows typical results from Western immunoblotting. M represents a protein marker. rhIL-11発現の高密度発酵の結果を示す。図1Aは、異なる時点にわたる増殖曲線を示す。誘導後の異なる時点で培地を採取し、非還元SDS-PAGEおよびイムノブロッティングによって分析した。図1Bは、クマシーブルー染色を用いた非還元SDS-PAGEの典型的な結果を示す。図1Cは、ウエスタンイムノブロッティングからの典型的な結果を示す。Mはタンパク質マーカーを表す。Results of high-density fermentation of rhIL-11 expression are shown. FIG. 1A shows growth curves over different time points. Media were harvested at different time points after induction and analyzed by non-reducing SDS-PAGE and immunoblotting. FIG. 1B shows typical results of non-reducing SDS-PAGE with Coomassie blue staining. FIG. 1C shows typical results from Western immunoblotting. M represents a protein marker. rhIL-11発現の高密度発酵の結果を示す。図1Aは、異なる時点にわたる増殖曲線を示す。誘導後の異なる時点で培地を採取し、非還元SDS-PAGEおよびイムノブロッティングによって分析した。図1Bは、クマシーブルー染色を用いた非還元SDS-PAGEの典型的な結果を示す。図1Cは、ウエスタンイムノブロッティングからの典型的な結果を示す。Mはタンパク質マーカーを表す。Results of high-density fermentation of rhIL-11 expression are shown. FIG. 1A shows growth curves over different time points. Media were harvested at different time points after induction and analyzed by non-reducing SDS-PAGE and immunoblotting. FIG. 1B shows typical results of non-reducing SDS-PAGE with Coomassie blue staining. FIG. 1C shows typical results from Western immunoblotting. M represents a protein marker. 水性二相抽出後のrhIL-11の回収を説明する典型的な非還元16%SDS-PAGEゲルを示す。A representative non-reducing 16% SDS-PAGE gel illustrating recovery of rhIL-11 after aqueous two-phase extraction is shown. 液体二相抽出を用いて発現培地から単離された粗rhIL-11の遠紫外CDスペクトルを提供する。FIG. 4 provides a far-UV CD spectrum of crude rhIL-11 isolated from expression medium using liquid two-phase extraction. 発酵培地から沈殿したrhIL-11のサイズ排除クロマトグラフィーの結果(下のパネル)およびrhIL-11の参照標準の結果(上のパネル)を示す。Size exclusion chromatography results of rhIL-11 precipitated from fermentation medium (lower panel) and rhIL-11 reference standard results (upper panel) are shown. Capto-Sカラム(カチオン交換体)を用いた液体クロマトグラフィーによる0.1%Tween-80を含有する発酵培地からのrhIL-11の単離の結果を示す。赤い線はインライン導電率を表し、青い線は280nmでのUV吸光度を表す。陰影を付けた領域は、プールに適していると判断された画分を表す。Shown are the results of isolation of rhIL-11 from fermentation medium containing 0.1% Tween-80 by liquid chromatography using a Capto-S column (cation exchanger). The red line represents in-line conductivity and the blue line represents UV absorbance at 280 nm. Shaded areas represent fractions judged to be suitable for pooling. 変性剤の存在下でリフォールディングされた後のCapto-Sカチオン交換体上でのrhIL-11の単離の結果を示す。図6(A)は、8M尿素の使用からの結果を示す。図6(B)は、6Mグアニジン塩酸塩の使用からの結果を示す。両図において、赤線はインライン導電率を表し、青線は280nmでのUV吸光度を表す。矢印は再生されたrhIL-11の溶出位置を示す。Shows the results of isolation of rhIL-11 on Capto-S cation exchangers after refolding in the presence of denaturants. FIG. 6(A) shows the results from using 8M urea. FIG. 6(B) shows results from the use of 6M guanidine hydrochloride. In both figures, the red line represents in-line conductivity and the blue line represents UV absorbance at 280 nm. Arrows indicate the elution position of renatured rhIL-11. 7M GdHClの存在下で沈殿タンパク質を様々な濃度で溶解することによるリフォールディング収率。Refolding yields by dissolving various concentrations of precipitated proteins in the presence of 7M GdHCl. 共溶質の存在下または非存在下でのリフォールディングされたrhIL-11の単離の結果を示す。赤線はインライン導電率を表し、青線は280nmでのUV吸光度を表す。Results of isolation of refolded rhIL-11 in the presence or absence of co-solutes are shown. The red line represents in-line conductivity and the blue line represents UV absorbance at 280 nm. 異なるpHにおけるrhIL-11のリフォールディング収率を示す。Refolding yield of rhIL-11 at different pH is shown. Capto-Sカラム(カチオン交換体)を用いた液体クロマトグラフィーによる再生rhIL-11の単離の結果を示す。赤線はインライン導電率を表し、緑線はpHを表し、青線は280nmでのUV吸光度を表す。陰影を付けた領域は、プールに適していると判断された画分を表す。Shown are the results of isolation of renatured rhIL-11 by liquid chromatography using a Capto-S column (cation exchanger). The red line represents in-line conductivity, the green line represents pH and the blue line represents UV absorbance at 280 nm. Shaded areas represent fractions judged to be suitable for pooling. LC/MSによる分子量測定の結果を示す。図11Aは典型的なイオンクロマトグラムを示す。図11Bは、デコンボリューション質量19,046.7Daを有する主要ピークを示しており、これは予想分子量19,047と一致する。19,062.5Daのデコンボリューション質量で観察された小さなピークは、追加の16Daが単一の酸素によって説明されることができるので、おそらく酸化されたIL-11による。4 shows the results of molecular weight measurement by LC/MS. FIG. 11A shows a typical ion chromatogram. FIG. 11B shows a major peak with a deconvoluted mass of 19,046.7 Da, consistent with the expected molecular weight of 19,047. The small peak observed at the deconvoluted mass of 19,062.5 Da is probably due to oxidized IL-11, as the additional 16 Da can be accounted for by a single oxygen. LC/MSによる分子量測定の結果を示す。図11Aは典型的なイオンクロマトグラムを示す。図11Bは、デコンボリューション質量19,046.7Daを有する主要ピークを示しており、これは予想分子量19,047と一致する。19,062.5Daのデコンボリューション質量で観察された小さなピークは、追加の16Daが単一の酸素によって説明されることができるので、おそらく酸化されたIL-11による。4 shows the results of molecular weight measurement by LC/MS. FIG. 11A shows a typical ion chromatogram. FIG. 11B shows a major peak with a deconvoluted mass of 19,046.7 Da, consistent with the expected molecular weight of 19,047. The small peak observed at the deconvoluted mass of 19,062.5 Da is probably due to oxidized IL-11, as the additional 16 Da can be accounted for by a single oxygen. Capto-Sカラムでのイオン交換からの主ピークの溶出画分のサイズ排除クロマトグラフィーの結果を示す。Figure 3 shows the results of size exclusion chromatography of the main peak elution fractions from ion exchange on a Capto-S column. ブチルHPカラムを用いて酸化されたrhIL-11を除去する、疎水性相互作用クロマトグラフィーによるrhIL-11のポリッシュの典型的な結果を示す。赤線はインライン導電率を表し、青線は280nmでのUV吸光度を表す。陰影を付けた領域は、プールに適していると判断された画分を表す。Typical results of polishing rhIL-11 by hydrophobic interaction chromatography using a Butyl HP column to remove oxidized rhIL-11 are shown. The red line represents in-line conductivity and the blue line represents UV absorbance at 280 nm. Shaded areas represent fractions judged to be suitable for pooling. クマシーブリリアントブルーで染色した非還元16%SDS-PAGEを用いた、精製rhIL-11の純度研究の典型的な結果を示す。タンパク質サンプルを、0.2~5.0μgに負荷した。Representative results of a purity study of purified rhIL-11 using non-reducing 16% SDS-PAGE stained with Coomassie Brilliant Blue are shown. Protein samples were loaded at 0.2-5.0 μg. RP-UPLCによってアッセイされたrhIL-11および関連タンパク質の純度研究の典型的な結果を示す。酸化されたrhIL-11は約2.5%で存在し、未知の不純物は約1.6%で存在した。Representative results of a purity study of rhIL-11 and related proteins assayed by RP-UPLC are shown. Oxidized rhIL-11 was present at approximately 2.5% and an unknown impurity was present at approximately 1.6%. SEC-UPLCによって決定された単量体rhIL-11の純度研究の典型的な結果を示す。単量体rhIL-11の純度は約99.0%であった。Representative results of a purity study of monomeric rhIL-11 as determined by SEC-UPLC are shown. The purity of monomeric rhIL-11 was approximately 99.0%. 精製されたIL-11生成物の質量スペクトルm/zを提供する。予想された分子量19,047Daと一致する、デコンボリューション質量19,045.7Daが得られた。FIG. 2 provides the mass spectrum m/z of the purified IL-11 product. A deconvoluted mass of 19,045.7 Da was obtained, consistent with the expected molecular weight of 19,047 Da. rhIL-11の加水分解に由来するトリプシンペプチドの典型的な全イオンクロマトグラムを示す。各ペプチドの同定は、m/zおよびMS/MSフラグメンテーションによって確認した。A typical total ion chromatogram of tryptic peptides derived from hydrolysis of rhIL-11 is shown. The identity of each peptide was confirmed by m/z and MS/MS fragmentation. 精製rhIL-11を用いて行った細胞増殖アッセイの典型的な結果を示す。Representative results of cell proliferation assays performed with purified rhIL-11 are shown.

以下の説明は、本発明を理解するのに有用であり得る情報を含む。本明細書に提供された情報のいずれもが先行技術であるかまたは現在特許請求されている発明に関連するとは、または具体的にまたは暗黙的に参照されている刊行物が先行技術であるとは認められない。 The following description includes information that may be useful in understanding the present invention. It is not intended that any of the information provided herein is prior art or relevant to the presently claimed invention, or that any publication specifically or implicitly referenced is prior art. It is not allowed.

本発明の主題は、組換えヒトIL-11を酵母中で発現させ、活性な実質的に純粋な単量体タンパク質として培地から回収することができる装置、システムおよび方法を提供する。組み換えタンパク質は、溶媒排除試薬(例えばポリエチレングリコール)を用いて沈殿させ、カオトロープまたは変性剤(例えばグアニジニウム)の存在下で可溶化し、再生して適切なタンパク質フォールディングを提供する。イオン交換(例えばカチオン交換)および/または疎水性相互作用クロマトグラフィー(例えばブチル置換クロマトグラフィー媒体を用いる)などのクロマトグラフィー工程を本発明の概念の方法に組み込むことができる。 The present subject matter provides devices, systems and methods by which recombinant human IL-11 can be expressed in yeast and recovered from the culture medium as an active, substantially pure, monomeric protein. Recombinant proteins are precipitated with solvent exclusion reagents (eg, polyethylene glycol), solubilized in the presence of chaotropes or denaturants (eg, guanidinium), and renatured to provide proper protein folding. Chromatographic steps such as ion exchange (eg cation exchange) and/or hydrophobic interaction chromatography (eg using butyl-substituted chromatographic media) can be incorporated into the method of the present concept.

本発明の主題の様々な目的、特徴、態様および利点は、同じ参照番号が同じ構成要素を表す添付の図面と共に、以下の好ましい実施形態の詳細な説明からより明らかになる。 Various objects, features, aspects and advantages of the present subject matter will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like components.

いくつかの実施形態では、本発明の特定の実施形態を説明および特許請求するために使用される成分の量、濃度などの特性、反応条件などを表す数は、場合によっては「約」という用語によって修飾されていると理解されるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、明細書および添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、特定の実施形態によって得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。いくつかの実施形態では、数値パラメータは、報告された有効桁数を考慮して、通常の丸め技法を適用することによって解釈されるべきである。本発明のいくつかの実施形態の広い範囲を説明する数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に記載されている数値は実施可能な限り正確に報告されている。本発明のいくつかの実施形態において提示される数値は、それらのそれぞれの試験測定値において見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含み得る。 In some embodiments, numbers expressing amounts of ingredients, properties such as concentrations, reaction conditions, etc. used to describe and claim certain embodiments of the present invention are sometimes referred to as the term “about” should be understood to be modified by Accordingly, in some embodiments, the numerical parameters set forth in the specification and appended claims are approximations that may vary depending on the desired properties sought to be obtained by a particular embodiment. In some embodiments, numeric parameters should be interpreted by applying normal rounding techniques, taking into account reported significant digits. Notwithstanding that the numerical ranges and parameters setting forth the broad scope of some embodiments of the invention are approximations, the numerical values set forth in the specific examples are reported as precisely as practicable. The numerical values presented in some embodiments of the invention can contain certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements.

本明細書および以下の特許請求の範囲を通して使用されるように、「a」、「an」、および「the」の意味は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数の言及を含む。また、本明細書の説明で使用されるように、「中」の意味は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、「中」および「上」を含む。 As used throughout this specification and the claims that follow, the meanings of "a," "an," and "the" include plural references unless the context clearly dictates otherwise. . Also, as used in the description herein, the meaning of "middle" includes "middle" and "above" unless the context clearly dictates otherwise.

本明細書における値の範囲の列挙は単に、その範囲内に含まれる各別々の値を個々に指す簡潔な方法として役立つことを意図している。本明細書で別段の指定がない限り、各個別の値は、あたかも個別に本明細書に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載のすべての方法は、本明細書に別段の指示がない限りまたは文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書の特定の実施形態に関して提供されるありとあらゆる例、または例示的な言語(例えば「のような」)の使用は、単に本発明をよりよく明らかにするためであり、そうでなければ特許請求の範囲に記載の発明の範囲を限定しない。本明細書中のいかなる言語も、本発明の実施に必須のあらゆる請求されていない要素を示すと解釈されるべきではない。 Recitation of ranges of values herein is merely intended to serve as a shorthand method of individually referring to each separate value falling within the range. Unless otherwise specified herein, each individual value is incorporated herein as if individually set forth herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. Any and all examples, or use of exemplary language (e.g., "like") provided herein with respect to particular embodiments, are merely to better clarify the invention and may otherwise be It does not limit the scope of the claimed invention. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element essential to the practice of the invention.

本明細書に開示された本発明の代替の要素または実施形態のグループ化は、限定として解釈されるべきではない。各グループメンバーは、個々に、またはそのグループの他のメンバーまたは本明細書中に見出される他の要素との任意の組み合わせで参照および特許請求することができる。利便性および/または特許性の理由から、グループの一つ以上のメンバーをグループに含めることも、グループから削除することもできる。そのような包含または削除が生じたとき、本明細書は修正されたものとして群を含み、したがって添付の特許請求の範囲で使用されるすべてのマーカッシュ群の書面による説明を満たすと見なされる。 Groupings of alternative elements or embodiments of the invention disclosed herein are not to be construed as limitations. Each group member may be referenced and claimed individually or in any combination with other members of the group or other elements found herein. One or more members of a group may be included or removed from a group for reasons of convenience and/or patentability. When such inclusion or deletion occurs, the specification is deemed to contain the group as modified and thus satisfy all written descriptions of Markush groups used in the appended claims.

本発明の概念の方法および組成物を導出する際に、InvitrogenからのPichiaPink(商標)Expression Systemを使用して、rhIL-11を分泌する安定なrhIL-11高レベル発現クローンを確立した。このベクターは、サッカロマイセス・セレヴィシエ(Saccharomyces cerevisiae)由来のα-接合因子プレ配列を発現し、これは組換えタンパク質を細胞外培地に導く短いシグナル伝達ペプチドである。PichiaPink(商標)発現システムの特別な特徴は、高コピー数クローンの選択のためのADE2遺伝子プロモーターと遺伝子産物の使用である。プリンヌクレオチドのデノボ生合成を担う遺伝子であるADE2の突然変異は、形質転換コロニーに赤/ピンク色を与えるプリン前駆体の蓄積をもたらす。発現株は、アデニンを欠く培地上で増殖することができないade2栄養要求株である。プラスミドによる発現宿主の形質転換は、アデニンを欠く培地上での株の増殖を可能にし、短いADEプロモーター配列は、高コピー数を組み込んだクローンのスクリーニングを容易にする。コピー数の少ないコロニーはピンク色に見える。一方、白いコロニーは高コピー数クローンである。 In deriving the methods and compositions of the present concept, the PichiaPink™ Expression System from Invitrogen was used to establish stable rhIL-11 high-level expressing clones secreting rhIL-11. This vector expresses the α-mating factor pre-sequence from Saccharomyces cerevisiae, which is a short signaling peptide that directs the recombinant protein to the extracellular medium. A special feature of the PichiaPink™ Expression System is the use of the ADE2 gene promoter and gene product for selection of high copy number clones. Mutations in ADE2, the gene responsible for de novo biosynthesis of purine nucleotides, lead to the accumulation of purine precursors that impart a red/pink color to transformed colonies. The expression strain is an ade2 auxotroph that cannot grow on media lacking adenine. Transformation of the expression host with the plasmid allows the strain to grow on media lacking adenine, and the short ADE promoter sequence facilitates screening of clones incorporating high copy number. Low copy number colonies appear pink. On the other hand, white colonies are high copy number clones.

ピキア・パストリス(Pichia pastoris)を用いて酵母中で組み換えヒトIL-11を産生する先行技術の方法は、酵母の発現レベルおよび生成物の精製レベルで低い生産収率が欠点である。本発明者らは、高細胞密度発酵の結果が、カチオン交換精製後の不活性rhIL-11の発現および低い回収率(1~5%)の両方を示唆していることを見出した。培地中の発現レベルのELISA定量は、既知量の参照に対するSDS-PAGE分析と比較した場合、IL-11含有量を過小評価する(約90%の減少により)ことがわかった。本発明者らは、従来技術の方法は、逆相クロマトグラフィーおよびその後の有機溶媒の除去を使用してある程度までは対処されていたミスフォールディングおよび/または凝集のために低い収率を提供すると結論付けた。 Prior art methods of producing recombinant human IL-11 in yeast using Pichia pastoris suffer from low production yields at yeast expression and product purification levels. We found that high cell density fermentation results suggested both expression and low recovery (1-5%) of inactive rhIL-11 after cation exchange purification. ELISA quantification of expression levels in media was found to underestimate IL-11 content (by approximately 90% reduction) when compared to SDS-PAGE analysis against known amounts of reference. The inventors conclude that prior art methods provide low yields due to misfolding and/or aggregation that has been addressed to some extent using reversed-phase chromatography and subsequent removal of organic solvents. attached.

ミスフォールディングされたタンパク質は細胞内で凝集するかまたは分解のために回収されると一般に考えられているので、分泌性、可溶性であるがミスフォールディングされたrhIL-11の存在は以前に報告されていない(9)。本発明の概念の方法は、ピキア・パストリス発現系を用いた組み換えヒトIL-11の発現および精製、ならびに逆相クロマトグラフィーを用いることなく酵母発酵培地からの単離を利用する。 The existence of secreted, soluble but misfolded rhIL-11 has been previously reported, as it is generally believed that misfolded proteins aggregate intracellularly or are salvaged for degradation. No (9). The concept method of the present invention utilizes the expression and purification of recombinant human IL-11 using the Pichia pastoris expression system and its isolation from yeast fermentation medium without the use of reversed-phase chromatography.

尿素、SDS、硫酸アンモニウム、および、グアニジン塩酸塩などのカオトロープ/変性剤の使用を含む、rhIL-11の再生への代替アプローチが探求された。本発明者らは、高濃度のグアニジン塩酸塩は、rhIL-11の自己凝集をもたらす相互作用を乱すことができ、変性剤の濃度が減少したときに単量体rhIL-11が適切にリフォールディングすることを可能にした。 Alternative approaches to renaturation of rhIL-11 were explored, including the use of chaotropes/denaturants such as urea, SDS, ammonium sulfate, and guanidine hydrochloride. We found that high concentrations of guanidine hydrochloride can disrupt the interactions that lead to self-aggregation of rhIL-11, allowing proper refolding of monomeric rhIL-11 when the concentration of denaturant is reduced. made it possible to

培地からのrhIL-11の製造方法は、培地からrhIL-11を沈殿させるための二相抽出から始まる。塩(例えば、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム)、有機溶媒(例えば、メタノール、エタノール、アセトンなど)および/または親水性ポリマー(例えば、デキストラン、デキストリン、シクロデキストリン、ポリエチレングリコール/PEGなど)の導入を含む、発酵培地からのrhIL-11の選択的または部分選択的沈殿を提供する任意の適切な手段によって沈殿を行うことができる。例えば、8,000Daの分子量を有する最終濃度8%(w/v)のPEG(例えば、PEG-8000)を使用することができる。発酵培地から沈殿したタンパク質は、さらなる処理のために発酵培地から分離される。この分離は、沈降、デカンテーション、濾過、および/または遠心分離を含む任意の適切な手段によって達成することができる。いくつかの実施形態では、沈殿タンパク質は、さらなる処理の前に(例えば、沈殿剤を含有する洗浄バッファーを使用して)1回以上洗浄することができる。 The method of producing rhIL-11 from culture medium begins with a two-phase extraction to precipitate rhIL-11 from the culture medium. Fermentation, including introduction of salts (e.g., ammonium sulfate, sodium sulfate), organic solvents (e.g., methanol, ethanol, acetone, etc.) and/or hydrophilic polymers (e.g., dextran, dextrin, cyclodextrin, polyethylene glycol/PEG, etc.) Precipitation can be performed by any suitable means that provides selective or partially selective precipitation of rhIL-11 from the medium. For example, a final concentration of 8% (w/v) PEG (eg, PEG-8000) with a molecular weight of 8,000 Da can be used. Proteins precipitated from the fermentation medium are separated from the fermentation medium for further processing. This separation can be accomplished by any suitable means including sedimentation, decantation, filtration, and/or centrifugation. In some embodiments, precipitated proteins can be washed one or more times (eg, using a wash buffer containing a precipitant) prior to further processing.

沈殿した粗タンパク質は、続いて変性剤を含有するバッファーに溶解され、これはタンパク質凝集体を破壊するのを助けることができる。適切な変性剤としては、カオトロピック剤(例えば、尿素、グアニジン塩、イソチオシアネート塩など)および界面活性剤(例えば、ドデシル硫酸塩などのイオン性界面活性剤、Tween-20および/またはTween-80などの非イオン性界面活性剤、および両性イオン性界面活性剤)が挙げられる。例えば、最終濃度7Mのグアニジン塩酸塩を用いてタンパク質凝集体を破壊し、沈殿したタンパク質を再可溶化することができる。 The precipitated crude protein is then dissolved in a buffer containing denaturants, which can help break up protein aggregates. Suitable denaturants include chaotropic agents (e.g. urea, guanidine salts, isothiocyanate salts, etc.) and surfactants (e.g. ionic detergents such as dodecyl sulfate, Tween-20 and/or Tween-80, etc.). nonionic surfactants, and zwitterionic surfactants). For example, guanidine hydrochloride at a final concentration of 7 M can be used to disrupt protein aggregates and resolubilize precipitated proteins.

しかしながら、そのような変性剤の使用は必然的に所望のrhIL-11産物の変性をもたらす。変性剤の除去または変性剤の濃度の低下によって、この変性を逆転させて再生された/リフォールディングされたrhIL-11を得ることができる。この除去は迅速または段階的に行うことができる。変性剤の除去は、希釈(例えば、減少量の変性剤を含むまたは変性剤を含まないバッファーを用いる)およびバッファー交換を含む任意の適切な手段によって行うことができる。バッファー交換は、徐々に(例えば、透析により)または比較的迅速に(例えば、透析濾過、サイズ排除クロマトグラフィー等により)行うことができる。このような透析および透析濾過などの方法は、低CMCの界面活性剤を除去するのには比較的効果がないことが理解されるべきである。いくつかの実施形態で、界面活性剤を含まないバッファーを用いた直接希釈は、rhIL-11のリフォールディングおよび再生を可能にするのに十分に変性剤の濃度を減少させることができる。 However, use of such denaturants inevitably results in denaturation of the desired rhIL-11 product. This denaturation can be reversed to yield renatured/refolded rhIL-11 by removing the denaturant or reducing the concentration of the denaturant. This removal can be rapid or gradual. Removal of denaturants can be accomplished by any suitable means, including dilution (eg, with buffers containing reduced or no denaturants) and buffer exchange. Buffer exchange can be gradual (eg, by dialysis) or relatively rapid (eg, by diafiltration, size exclusion chromatography, etc.). It should be appreciated that methods such as dialysis and diafiltration are relatively ineffective at removing low-CMC surfactants. In some embodiments, direct dilution with detergent-free buffer can reduce the concentration of denaturant sufficiently to allow refolding and renaturation of rhIL-11.

驚くべきことに、本発明者らは、グアニジンHClが、沈殿rhIL-11の可溶化およびその後のカオトロープの除去または減少時の活性/天然立体配座への再生の両方を提供することにおいて他のカオトロピック剤より有効であることを見出した。グアニジンHClがこの目的に非常に有効であることが見出されたが、出願人は他のカオトロピック剤(例えば尿素、イソチオシアネート塩など)および/または界面活性剤がそれらの使用に最適化された条件下で同様に有効であり得ると考える。 Surprisingly, we have found that guanidine HCl provides both solubilization of precipitated rhIL-11 and subsequent chaotrope removal or reduction upon activity/regeneration to native conformation. It was found to be more effective than chaotropic agents. Although guanidine HCl has been found to be very effective for this purpose, Applicants have found that other chaotropic agents (e.g. urea, isothiocyanate salts, etc.) and/or surfactants have been optimized for their use. We believe that under certain conditions it can be equally effective.

変性rhIL-11の正しいリフォールディングまたは再生は、変性剤の濃度以外の要因の関数であり得ると理解すべきである。例えば、再生中のタンパク質濃度は、再生が起こる程度および望ましくない副生成物(二量体および高次凝集物など)の形成に影響を及ぼし得る。再生中の高タンパク質濃度はプロセス効率の観点から望ましいが、そのような考慮は最終生成物の収率および純度に対してバランスがとれなければならない。本発明の方法における再生またはリフォールディングされたrhIL-11の産生中のタンパク質濃度は、約0.1mg/ml~約10mg/mLの範囲であり得る。驚くべきことに、本発明者らは、リフォールディングされたrhIL-11の再生または産生が、2mg/mL未満のタンパク質濃度で最適な結果をもたらすことを見出した。これは、変性剤を含まないバッファーを用いて希釈することによって変性剤の濃度を低下させることと組み合わせて都合よく達成することができる。 It should be understood that correct refolding or renaturation of denatured rhIL-11 may be a function of factors other than the concentration of denaturant. For example, protein concentration during renaturation can affect the extent to which renaturation occurs and the formation of undesirable by-products such as dimers and higher order aggregates. A high protein concentration during renaturation is desirable from a process efficiency standpoint, but such considerations must be balanced against the yield and purity of the final product. The protein concentration during production of renatured or refolded rhIL-11 in the methods of the invention can range from about 0.1 mg/ml to about 10 mg/ml. Surprisingly, the inventors have found that renaturation or production of refolded rhIL-11 yields optimal results at protein concentrations of less than 2 mg/mL. This can be conveniently accomplished in combination with reducing the concentration of denaturant by diluting with a buffer that does not contain denaturant.

同様に、再生工程中のpHは、変性rhIL-11のリフォールディングまたは再生に影響を及ぼし得る。本発明者らは、再生は約4~約12の範囲のpHで実施できることを見出した。好ましい実施形態では、再生は約7~約11の範囲のpHで実施できる。必要ならば、再生前または再生中に、酸(HClなど)または塩基(NaOHなど)を適切に添加することによりpHを調整することができる。あるいは、緩衝性化合物(例えば、リン酸塩、重炭酸塩、Tris、HEPESなど)を再生溶液に添加することによって、または適切なpHの緩衝溶液に対する再生溶液のバッファー交換によってpHを調整することができる。 Similarly, pH during the renaturation step can affect refolding or renaturation of denatured rhIL-11. We have found that regeneration can be performed at a pH ranging from about 4 to about 12. In a preferred embodiment, regeneration can be performed at a pH in the range of about 7 to about 11. If necessary, the pH can be adjusted by appropriate addition of acid (such as HCl) or base (such as NaOH) before or during regeneration. Alternatively, the pH can be adjusted by adding a buffering compound (e.g., phosphate, bicarbonate, Tris, HEPES, etc.) to the regeneration solution, or by buffer exchanging the regeneration solution for a buffer solution of appropriate pH. can.

再生/リフォールディングに続いて、rhIL-11は二つのクロマトグラフィー手順に供することができる。これらのうちの第1のものは、カチオン交換体を用いるイオン交換である。適切なカチオン交換体としては、弱カチオン交換体(例えば、カルボキシル基を担持するイオン交換体)および強カチオン交換体(例えば、スルホン酸基を含有するイオン交換体)が挙げられる。このようなカチオン交換は、イオン交換膜、イオン交換樹脂、および/または相間移動溶媒を用いて行うことができる。好ましい態様において、イオン交換はクロマトグラフィーカラムに充填されたカチオン交換樹脂を用いて行われ、これは特定の画分の収集を容易にする。rhIL-11調製物は、低いイオン強度で適用することができ、それによりrhIL-11がカチオン交換体と会合または結合することが可能になる。適用したバッファーのイオン強度を増加させることにより(例えば、NaClまたは他の塩の濃度を増加させることにより)、または適用したバッファーのpHを変えることにより、未結合の汚染物質を通過させた後rhIL-11をカチオン交換体から溶出または遊離できる。溶出はステップでまたはグラジエントで実施することができる。高いサンプル負荷(5mg/mLを超える)を一部のカチオン交換カラムに適用すると、非特異的結合による損失を減らし、プロセス効率を向上できることを理解すべきである。例えば、Capto-S強カチオン交換カラムの使用は13mg/mLでの負荷を可能にし、40%~60%の工程回収率で活性rhIL-11を提供することができる。 Following renaturation/refolding, rhIL-11 can be subjected to two chromatographic procedures. The first of these is ion exchange using a cation exchanger. Suitable cation exchangers include weak cation exchangers (eg ion exchangers bearing carboxyl groups) and strong cation exchangers (eg ion exchangers containing sulfonic acid groups). Such cation exchange can be performed using ion exchange membranes, ion exchange resins, and/or phase transfer solvents. In a preferred embodiment, ion exchange is performed using a cation exchange resin packed in a chromatography column, which facilitates collection of specific fractions. The rhIL-11 preparation can be applied at low ionic strength, which allows rhIL-11 to associate or bind with the cation exchanger. rhIL after passing unbound contaminants by increasing the ionic strength of the applied buffer (e.g., by increasing the concentration of NaCl or other salts) or by changing the pH of the applied buffer. -11 can be eluted or liberated from the cation exchanger. Elution can be performed in steps or in a gradient. It should be appreciated that applying high sample loads (greater than 5 mg/mL) to some cation exchange columns can reduce losses due to non-specific binding and improve process efficiency. For example, use of a Capto-S strong cation exchange column can allow loading at 13 mg/mL and provide active rhIL-11 with a step recovery of 40%-60%.

いくつかの実施形態において、疎水性相互作用クロマトグラフィーを利用する第2のクロマトグラフィー工程は、さらなる汚染物質を除去し、より高度に精製されたrhIL-11を提供するためにカチオン交換の生成物に適用される。疎水性相互作用クロマトグラフィーは、適切な疎水性部分を含む膜または樹脂を用いて実施することができる。適切な疎水性部分には、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、およびフェニル基が含まれる。いくつかの実施形態では、疎水性相互作用クロマトグラフィーの前に塩(硫酸塩またはリン酸塩など)をrhIL-11溶液に添加することができる。そのような塩はまた、前のイオン交換工程においてカチオン交換体からrhIL-11を溶出するのに役立ち得る。好ましい実施形態では、疎水性相互作用クロマトグラフィーは、クロマトグラフィーカラムに充填された疎水性相互作用樹脂を用いて行われ、これは溶出中の特定の画分の収集を容易にする。rhIL-11は、適用されるバッファーのイオン強度を低下させること、および/または適用されるバッファーの有機溶媒および/または界面活性剤濃度を増加させることによって、そのような疎水性相互作用カラムから溶出され得る。バッファー組成のこの変化はステップでの変化であり得るか、またはグラジエントとして適用され得る。rhIL-11は高いタンパク質添加量でそのような疎水性相互作用カラムに適用することができ、それによってプロセス効率を改善することができると理解すべきである。例えば、疎水性相互作用クロマトグラフィーカラムを6~8mg/mLのサンプル負荷で使用して、約95%を超えるrhIL-11生成物純度(酸化されたrhIL-11および他の不純物の除去による)を、約50%の工程収率で、得ることができる。次いで、得られた精製rhIL-11を少なくとも6mg/mLに濃縮し、冷蔵用に10mM リン酸ナトリウムpH7バッファーとのバッファー交換に供することができる。典型的な総収率は約20~25%であり得る。そのような方法からの最終精製バルクは、同一性、純度および効力に関して特徴付けられている。そのような特徴付けは、この方法が強力なrhIL-11を高純度で得ることができることを示している。 In some embodiments, a second chromatography step utilizing hydrophobic interaction chromatography removes additional contaminants and separates the products of cation exchange to provide a more highly purified rhIL-11. Applies to Hydrophobic interaction chromatography can be performed using membranes or resins containing suitable hydrophobic moieties. Suitable hydrophobic moieties include propyl, butyl, hexyl, octyl, and phenyl groups. In some embodiments, salts (such as sulfate or phosphate) can be added to the rhIL-11 solution prior to hydrophobic interaction chromatography. Such salts may also help elute rhIL-11 from the cation exchanger in the previous ion exchange step. In a preferred embodiment, hydrophobic interaction chromatography is performed using a hydrophobic interaction resin packed in a chromatography column, which facilitates collection of specific fractions during elution. rhIL-11 is eluted from such hydrophobic interaction columns by decreasing the ionic strength of the applied buffer and/or increasing the organic solvent and/or detergent concentration of the applied buffer. can be This change in buffer composition can be a change in steps or can be applied as a gradient. It should be understood that rhIL-11 can be applied to such hydrophobic interaction columns at high protein loadings, thereby improving process efficiency. For example, using a hydrophobic interaction chromatography column with a sample load of 6-8 mg/mL, a rhIL-11 product purity of greater than about 95% (due to removal of oxidized rhIL-11 and other impurities) was achieved. , with a process yield of about 50%. The resulting purified rhIL-11 can then be concentrated to at least 6 mg/mL and subjected to buffer exchange with 10 mM sodium phosphate pH 7 buffer for refrigeration. A typical overall yield can be about 20-25%. The final purified bulk from such methods has been characterized for identity, purity and potency. Such characterization indicates that this method can yield potent rhIL-11 in high purity.

本発明者らは、rhIL-11の酸化が生成物汚染の重大な原因であり、酸化されたrhIL-11の存在を減少させるためにクロマトグラフィー工程が行われることが収率に影響を与えることに注目した。組換えタンパク質の酸化は、スーパーオキシド(O-)およびそのプロトン化型(HOO・)、過酸化水素(H)、およびその他のヒドロキシル(OH・)を含む活性酸素種の存在により、加工および貯蔵中に大抵は起こる(17)。硫黄含有残基のタンパク質酸化は、安定性において特に重要な役割を果たす。特にタンパク質治療薬の酸化ストレスは、力価の低下や免疫原性の上昇など、さまざまな医学的影響をもたらす可能性がある(18)。酸化的損傷は、発酵中の溶存酸素に関係していることが多く、これは好気性発酵には避けられないことである。本発明者らは、発酵プロセスに対する改変は、培養中の酸化タンパク質の生成を最小化し、ならびに酸化タンパク質の選択的除去のための下流のポリッシュプロセスを最適化するために行うことができると考える。 We believe that oxidation of rhIL-11 is a significant contributor to product contamination and that chromatography steps are performed to reduce the presence of oxidized rhIL-11 impacts yield. I paid attention to Oxidation of recombinant proteins is due to the presence of reactive oxygen species including superoxide (O 2 −) and its protonated forms (HOO*), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and other hydroxyls (OH*). , mostly occurring during processing and storage (17). Protein oxidation of sulfur-containing residues plays a particularly important role in stability. Oxidative stress, especially of protein therapeutics, can lead to a variety of medical consequences, such as decreased potency and increased immunogenicity (18). Oxidative damage is often associated with dissolved oxygen during fermentation, which is inevitable in aerobic fermentation. We believe that modifications to the fermentation process can be made to minimize the production of oxidized proteins during culture as well as optimize downstream polishing processes for selective removal of oxidized proteins.

そのような方法から得られるrhIL-11調製物は、先行技術の方法によって産生されたrhIL-11と比較して、高い生物学的活性および高い純度のものであることを理解すべきである。7TD1細胞系を用いて生物学的活性について試験した場合、上記のように疎水性相互作用カラムから溶出したポリッシュされたrhIL-11は、約4×10U/mgタンパク質~約1.2×10U/mg タンパク質の範囲の生物活性を有し得る。それは典型的には約6×10U/mg タンパク質である。そのようなrhIL-11調製物の純度は、85%超、90%超、95%超、98%超、または99%超であり得る。典型的には、rhIL-11の純度が上記のように95%を超えて産生された。上記のように、酸化されたrhIL-11は一般に好気性発酵からの生成物中に見出される。上記のように調製されたrhIL-11の調製物は、典型的には5%以下の酸化されたrhIL-11を含む。同様に、上記のように調製されたrhIL-11の調製物は、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満、1%未満、または0.5%未満の二量体rhIL-11(すなわちrhIL-11ダイマー)含有量を含み得る。典型的には、そのような調製物は1%未満の二量体rhIL-11含有量を含む。 It should be appreciated that rhIL-11 preparations resulting from such methods are of higher biological activity and higher purity compared to rhIL-11 produced by prior art methods. When tested for biological activity using the 7TD1 cell line, the polished rhIL-11 eluted from the hydrophobic interaction column as described above yielded about 4×10 6 U/mg protein to about 1.2× They can have biological activities in the range of 10 7 U/mg protein. It is typically about 6×10 6 U/mg protein. The purity of such rhIL-11 preparations may be greater than 85%, greater than 90%, greater than 95%, greater than 98%, or greater than 99%. Typically rhIL-11 was produced with >95% purity as described above. As noted above, oxidized rhIL-11 is commonly found in products from aerobic fermentation. Preparations of rhIL-11 prepared as described above typically contain 5% or less of oxidized rhIL-11. Similarly, a preparation of rhIL-11 prepared as described above contains less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, or less than 0.5% dimeric rhIL-11 11 (ie rhIL-11 dimer) content. Typically, such preparations contain less than 1% dimeric rhIL-11 content.

以下は本発明の概念の例示的な例であり、限定的であると見なされるべきではない。 The following are illustrative examples of the inventive concept and should not be considered limiting.

材料
PichiaPink(商標)発現システム(#A11152、Al 1154)はインビトロジェンライフテクノロジーズ(Invitrogen Life Technologies)から入手した。クローン構築のための制限酵素およびポリメラーゼは、Thermo Fisher ScientificのFastDigest酵素から購入した。消泡剤204(#A6426)、アミノ酸を含まない酵母窒素ベース(#Y0626)は、Sigma-Aldrichから入手した。酵母由来のrhIL-11の参照標準は、Hangzhou Jiuyuan Gene Engineering Companyによって提供された(Lot#20121005/1006/1007/1008&20150402)。8-16%グラジエントSDS PAGE(#25268)、StartingBlock Blocking Buffers(#37579)、Blocker(商標)Casein(#37583)、トランスファーバッファーメタノールフリー(#35045)、TBS Tween20バッファー(#28360)および1ステップウルトラTMB(#37574)、Gibco(登録商標)2-メルカプトエタノール(#21985-023)およびNovex Tris-Glycine16%ポリアクリルアミドゲル(XP00162BOX)を含むイムノブロッティング用の試薬および材料はThermo scientificから購入した。ヒトIL-11 Affinity Purified Polyclonal Goat IgG(#AF-218-NA)およびDonkey抗ヤギIgG HRPアフィニティー精製ポリクローナル(#HAF109)は、R&D systemsから入手した。C57B1/6脾臓細胞と融合した7TD1マウス骨髄腫細胞は、DSMZから入手した(No.ACC23)。ウシ膵臓から修飾された配列決定グレードのトリプシン(カタログ番号11418025001)はRocheダイアグノスティックスから購入した。マウスIL-11受容体アルファ(カタログ番号MBS553276)はMyBioSource,Inc.から入手した。CellTiter96(登録商標)Aqueous Non-Radioactive Cell Proliferation Assay(MTS)(カタログ番号G5430)はPromega社から購入した。RPMI 1640(#SH30255.01)、HI FBS(H#SH30071.03HI)およびStrep/Pen(HYCLONE、USA、SV30010)は、HYCLONE、USAから購入した。精製樹脂Capto S(製品コード17-5316-10)、Capto Q(製品コード17-5441-01)およびButyl HP(製品コード17-5432-01)は、GE Healthcare Life Sciencesから入手した。HPLC操作のためのトリフルオロ酢酸(カタログ番号302031)およびアセトニトリル(カタログ番号34967)はSigma-Aldrichから購入した。ポリエチレングリコール8000(#408050010)、DL-メチオニン(#125652500)およびグアニジン塩酸塩(#364790025)はAcros Organicから入手した。硫酸アンモニウム(#11566)はAlfa Aesarから入手した。動物由来ではないフィトンペプトン(#210931)はBecton Dickinsonから入手した。
Materials PichiaPink™ Expression System (#A11152, Al 1154) was obtained from Invitrogen Life Technologies. Restriction enzymes and polymerases for clone construction were purchased from Thermo Fisher Scientific's FastDigest enzymes. Antifoam 204 (#A6426), yeast nitrogen base without amino acids (#Y0626) were obtained from Sigma-Aldrich. The yeast-derived rhIL-11 reference standard was provided by Hangzhou Jiuyuan Gene Engineering Company (Lot#20121005/1006/1007/1008 & 20150402). 8-16% Gradient SDS PAGE (#25268), StartingBlock Blocking Buffers (#37579), Blocker™ Casein (#37583), Transfer Buffer Methanol Free (#35045), TBS Tween 20 Buffer (#28360) and 1-Step Ultra Reagents and materials for immunoblotting were purchased from Thermo scientific, including TMB (#37574), Gibco® 2-mercaptoethanol (#21985-023) and Novex Tris-Glycine 16% polyacrylamide gel (XP00162BOX). Human IL-11 Affinity Purified Polyclonal Goat IgG (#AF-218-NA) and Donkey anti-goat IgG HRP affinity purified polyclonal (#HAF109) were obtained from R&D systems. 7TD1 mouse myeloma cells fused with C57B1/6 splenocytes were obtained from DSMZ (No. ACC23). Sequencing grade trypsin modified from bovine pancreas (catalog number 11418025001) was purchased from Roche Diagnostics. Mouse IL-11 receptor alpha (catalog number MBS553276) was purchased from MyBioSource, Inc.; Obtained from CellTiter96® Aqueous Non-Radioactive Cell Proliferation Assay (MTS) (catalog number G5430) was purchased from Promega. RPMI 1640 (#SH30255.01), HI FBS (H#SH30071.03HI) and Strep/Pen (HYCLONE, USA, SV30010) were purchased from HYCLONE, USA. Purified resins Capto S (product code 17-5316-10), Capto Q (product code 17-5441-01) and Butyl HP (product code 17-5432-01) were obtained from GE Healthcare Life Sciences. Trifluoroacetic acid (catalog number 302031) and acetonitrile (catalog number 34967) for HPLC runs were purchased from Sigma-Aldrich. Polyethylene glycol 8000 (#408050010), DL-methionine (#125652500) and guanidine hydrochloride (#364790025) were obtained from Acros Organic. Ammonium sulfate (#11566) was obtained from Alfa Aesar. Non-animal derived phytone peptone (#210931) was obtained from Becton Dickinson.

rhIL-11発現酵母クローンのクローニングおよび細胞バンキング
組換えヒトIL-11遺伝子を合成し、α因子シグナルペプチドをコードする遺伝子を含むpPINKα-HC酵母発現ベクターにクローン化し、ここではGlu-Ala反復は欠失していた。得られた組換えベクターをエレクトロポレーションによりプロテアーゼ欠損株に形質転換し、安定なクローンを作製した。各形質転換からの約40クローンを選択し、クーマシーブルー染色を用いて視覚化して、SDS-PAGEでの発現強度の目視検査によって高IL-11発現クローンについてスクリーニングした(データは示さず)。rhIL-11特異的抗体を用いたウエスタンイムノブロットによりタンパク質の同一性を確認した。リサーチマスターとワーキングセルバンクはそれに応じて準備し、凍結保存した。
Cloning and Cell Banking of rhIL-11 Expressing Yeast Clones A recombinant human IL-11 gene was synthesized and cloned into the pPINKα-HC yeast expression vector containing the gene encoding the α-factor signal peptide, in which the Glu-Ala repeats are missing. had lost The resulting recombinant vector was transformed into a protease-deficient strain by electroporation to generate stable clones. Approximately 40 clones from each transformation were selected, visualized using Coomassie blue staining, and screened for high IL-11 expressing clones by visual inspection of expression intensity on SDS-PAGE (data not shown). Protein identity was confirmed by Western immunoblot using a rhIL-11 specific antibody. Research masters and working cell banks were prepared accordingly and cryopreserved.

量および質の一貫した発現を確実にするために、選択したクローンpPINKS2-IL11~24の4世代の継代により、クローン化精製した後、細胞マスターバンク、続いてワーキングセルバンクを拡大した。マスターおよびワーキングセルバンクは長期保存のために-80℃で保存した。 To ensure consistent expression in quantity and quality, the selected clone pPINKS2-IL11-24 was passaged for 4 generations to expand the cell master bank followed by the working cell bank after cloning and purification. Master and working cell banks were stored at -80°C for long-term storage.

高密度発酵
流加発酵を用いた高細胞密度培養における選択されたクローンのrhIL-11発現レベルを評価するために、1リットルの発酵システム(BIOSTAT(登録商標)B Bioreactor、Sartorius)を用いた。発酵は、ワーキングセルバンクからの解凍したバイアルを用いてアデニンを欠く15mLのMGM(最小グリセロール培地;0.2μm濾過)培地を接種することから始まった。MGMの組成は以下の通りである。
High Density Fermentation A 1 liter fermentation system (BIOSTAT® B Bioreactor, Sartorius) was used to assess rhIL-11 expression levels of selected clones in high cell density cultures using fed-batch fermentation. Fermentation was started by using a thawed vial from the working cell bank to inoculate 15 mL of MGM (minimal glycerol medium; 0.2 μm filtration) medium lacking adenine. The composition of MGM is as follows.

アミノ酸を含まない1.34%酵母窒素ベース
1% グリセロール
4ppm ビオチン
1.34% Yeast Nitrogen Base without Amino Acids 1% Glycerol 4ppm Biotin

250rpmで20時間振盪しながら30℃で培養した後、得られた培地を用いて0.5%フィトンペプトン(pH5)を含む100mLのBSM(発酵基礎塩培地)にさらに48時間接種した。BSMの組成は以下のように調製した。 After culturing at 30° C. with shaking at 250 rpm for 20 hours, the resulting medium was used to inoculate 100 mL of BSM (fermentation basal salt medium) containing 0.5% phytone peptone (pH 5) for an additional 48 hours. The composition of BSM was prepared as follows.

BSMの組成
グリセロール(50%) 80mL
リン酸(28%) 26.7mL
硫酸カルシウム 0.9g
硫酸マグネシウム 14.9g
水酸化カリウム 4.1g
硫酸カリウム 18.2g
フィトンペプトン 5.0g
PTM1微量塩 4.4mL
水を加えて最終容量を1Lとした。
Composition of BSM Glycerol (50%) 80 mL
Phosphoric acid (28%) 26.7 mL
0.9 g of calcium sulfate
Magnesium sulfate 14.9g
Potassium hydroxide 4.1g
Potassium sulfate 18.2g
Phytone peptone 5.0g
PTM1 trace salt 4.4 mL
Water was added to bring the final volume to 1 L.

ブロスのpHを5.0に調整し、濾過したPTM1微量塩を沈殿しないようにゆっくり加えた。PTM1微量塩を以下のように調製した。 The pH of the broth was adjusted to 5.0 and the filtered PTM1 trace salts were added slowly to prevent precipitation. PTM1 trace salts were prepared as follows.

PTM1微量塩の組成
硫酸第二銅-5HO 6.0g
ヨウ化ナトリウム 0.08g
硫酸マンガン-HO 3.0g
モリブデン酸ナトリウム-2HO 0.2g
ホウ酸 0.02g
塩化コバルト 0.5g
塩化亜鉛 20.0g
硫酸第一鉄-7HO 65.0g
ビオチン 0.2g
硫酸 5.0mL
水を加えて最終容量を1Lとした。
Composition of PTM1 trace salts Cupric sulfate-5H 2 O 6.0 g
Sodium iodide 0.08g
Manganese sulfate-H 2 O 3.0 g
Sodium molybdate-2H 2 O 0.2 g
Boric acid 0.02g
Cobalt chloride 0.5g
Zinc chloride 20.0g
Ferrous sulfate- 7H2O 65.0 g
Biotin 0.2g
Sulfuric acid 5.0 mL
Water was added to bring the final volume to 1 L.

次に、1L容器中、0.5%(w/v)のダイズフィトンペプトンを含む発酵基礎塩培地(BSM)600mLを、消泡剤500μLと混合し、続いて、同じ培養条件下に、グリセロールバッチ相中、新しく培養したシードセルを接種した。攪拌速度を調整することによって、溶存酸素レベル-pO2値を80%に維持し、空気流入口流量を0.3L/分に設定した。グリセロール供給バッチ相において、増殖を促進するために50%グリセロールを6mL/時/Lの制限速度で容器に供給した。細胞密度は、ODが約180~200に達するまで異なる時点でOD600nmを測定することによってモニターした。この相の間、攪拌速度と空気の流入量を増やすことによって、pO2値を30%以上に維持した。rhIL-11の発現は、最初の4~5時間、5.5mL/時/Lで30%(v/v)メタノール、続いて5.5~9mL/時/Lで50%(v/v)メタノールを供給することによって、メタノール供給バッチにおいて誘発した。攪拌速度および空気流入量を増加させることによって、pO2値を20%以上に維持した。48~72時間の誘導後に培地を回収した。 Then, in a 1 L vessel, 600 mL of Fermentation Basal Salt Medium (BSM) containing 0.5% (w/v) soy phytone peptone was mixed with 500 μL of antifoam, followed by glycerol under the same culture conditions. During the batch phase, freshly cultured seed cells were inoculated. The dissolved oxygen level-pO2 value was maintained at 80% by adjusting the agitation speed and the air inlet flow rate was set at 0.3 L/min. In the glycerol-fed batch phase, 50% glycerol was fed to the vessel at a limiting rate of 6 mL/hr/L to promote growth. Cell density was monitored by measuring OD600nm at different time points until the OD reached approximately 180-200. During this phase, the pO2 value was maintained above 30% by increasing the stirring speed and air inflow. The expression of rhIL-11 was increased for the first 4-5 hours with 30% (v/v) methanol at 5.5 mL/h/L followed by 50% (v/v) at 5.5-9 mL/h/L. It was induced in the methanol-fed batch by feeding methanol. The pO2 value was maintained above 20% by increasing the stirring speed and air inflow. Medium was harvested after 48-72 hours of induction.

rhIL-11発現クローンの発現レベル
所望の発現レベルでの培地のタンパク質含量は、ミスフォールディングされたIL-11の存在のためにELISAによって値が一貫して過小評価されることがわかったので(抗体によってほとんど検出されないことが分かった)、同じSDS-PAGEゲル上の参照標準の強度に対して目視検査によって決定した。あるいは、タンパク質含有量は、濃度測定ソフトウェア(BiochemLab Solutionsによって提供されるGelQuant.NET(バージョン1.8.2)など)を用いて定量化することができる。RP-HPLCを用いて発現レベルの正確な定量化も達成された。培地中の分泌型rhIL-11を、8%(w/v)PEG-8000を添加することにより沈殿させ、遠心分離後に回収した。ペレットを、7Mグアニジン塩酸塩を含有するpH8のリン酸ナトリウムバッファーに再懸濁した。遠心分離によって不溶性微粒子を除去した後、RP-HPLC操作のための以下のクロマトグラフィー手順を使用して積分面積を既知濃度の参照標準と比較することによって発現生産性を計算した。
Expression Levels of rhIL-11 Expressing Clones The protein content of the medium at the desired expression level was found to be consistently underestimated by ELISA due to the presence of misfolded IL-11 (antibody was found to be almost undetectable by cytotoxicity), determined by visual inspection against the intensity of a reference standard on the same SDS-PAGE gel. Alternatively, protein content can be quantified using densitometry software such as GelQuant.NET (version 1.8.2) provided by BiochemLab Solutions. Accurate quantification of expression levels was also achieved using RP-HPLC. Secreted rhIL-11 in the medium was precipitated by adding 8% (w/v) PEG-8000 and collected after centrifugation. The pellet was resuspended in pH 8 sodium phosphate buffer containing 7M guanidine hydrochloride. After removing insoluble particulates by centrifugation, the expression productivity was calculated by comparing the integrated area to a reference standard of known concentration using the following chromatographic procedure for RP-HPLC operation.

カラム:PLRP-Sカラム(Agilent)、8μm、2.1×150ミリメートル、300A(オングストローム)孔径、ガードカートリッジを備える
移動相A:水中0.1%(v/v)のTFA;移動相B:90%(v/v)アセトニトリル中0.1%(v/v)のTFA
流速:0.2ml/分
検出:215nm
注入体積:5~10μL
Column: PLRP-S column (Agilent), 8 μm, 2.1×150 mm, 300 A (Angstrom) pore size, equipped with a guard cartridge Mobile phase A: 0.1% (v/v) TFA in water; Mobile phase B: 0.1% (v/v) TFA in 90% (v/v) acetonitrile
Flow rate: 0.2 ml/min Detection: 215 nm
Injection volume: 5-10 μL

グラジエント:典型的な溶媒グラジエントを表1に示す。 Gradients: A typical solvent gradient is shown in Table 1.

Figure 0007227159000001
Figure 0007227159000001

精製rhIL-11のタンパク質濃度
クロマトグラフィー工程後のrhIL-11の濃度は、UV/Visマイクロプレートおよびキュベット分光光度計(例えば、ThermoScientificからのMultiskanGO)を使用して、280nmでのUV吸光度によって決定した。水中で測定される280nmでのM-1cm-1の単位の消衰係数(Ec)を、以下の式を用いて17,990と計算した。
Ec=数(Tyr)×1490+数(Trp)×5500+数(Cys)×125
Protein Concentration of Purified rhIL-11 The concentration of rhIL-11 after the chromatography step was determined by UV absorbance at 280 nm using a UV/Vis microplate and cuvette spectrophotometer (eg MultiskanGO from ThermoScientific). . The extinction coefficient (Ec) in units of M −1 cm −1 at 280 nm measured in water was calculated as 17,990 using the following equation.
Ec = number (Tyr) x 1490 + number (Trp) x 5500 + number (Cys) x 125

モル単位のタンパク質濃度は以下のように計算される。
濃度=(280nmにおける吸光度)/Ec
Protein concentration in moles is calculated as follows.
concentration = (absorbance at 280 nm)/Ec

あるいは、タンパク質濃度は、0.1%(すなわち1mg/ml)溶液に対して0.944の吸光度値を用いて、280nmでの紫外分光法によって直接決定することができる。280nmの吸光度を用いたタンパク質定量は、トリプトファンおよびチロシンなどの芳香族アミノ酸の吸光度を測定し、PEG部分の存在を検出しない。結果として、本明細書に記載のタンパク質の重量濃度は、PEG分子の存在を排除する。両方の値は、与えられたタンパク質の物理的および化学的パラメータを計算するためのツールであるProtParamによって計算することができる(10)。 Alternatively, protein concentration can be determined directly by UV spectroscopy at 280 nm using an absorbance value of 0.944 for a 0.1% (ie 1 mg/ml) solution. Protein quantitation using absorbance at 280 nm measures the absorbance of aromatic amino acids such as tryptophan and tyrosine and does not detect the presence of PEG moieties. As a result, the protein weight concentrations described herein exclude the presence of PEG molecules. Both values can be calculated by ProtParam, a tool for calculating physical and chemical parameters of a given protein (10).

ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動、染色およびイムノブロッティング
タンパク質の見かけの分子量は、プレキャストゲルと組み合わせたBioradのMini-PROTEANシステムを用いたドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)によって評価した。得られたポリアクリルアミドゲルを、クーマシーブルーまたは銀染色に従って可視化した。
Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, staining and immunoblotting Apparent molecular weights of proteins were determined by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) using Biorad's Mini-PROTEAN system in combination with precast gels. evaluated. The resulting polyacrylamide gels were visualized according to Coomassie blue or silver staining.

タンパク質イムノブロッティングは、Bio-Radから入手したMini Trans-Blot Cellを用いて行った。タンパク質電気泳動後、SDS-PAGEで分離されたタンパク質を300mAの電流を用いて1時間ニトロセルロース膜に転写した。続いて、ニトロセルロース膜をブロッキングバッファーを用いて30分から一晩ブロッキングし、続いてTBS-Tween20バッファーで5分ずつ6回洗浄した。目的のタンパク質を、ヒトIL-11に対するカゼインブロック希釈(1:2,000)一次抗体(ヤギIgG)と共に室温で1時間インキュベートすることによって膜上で検出した。膜をTBS-Tween20バッファーで4分ずつ6回洗浄した後、膜を、ヤギIgGに対するカゼインブロック希釈(1:3,000)二次抗体と共に室温で1時間インキュベートした。膜を浅いトレイに移し、製造業者の手順に従って1ステップのウルトラTMBと共にインキュベートした。発色の過程を注意深くモニターし、所望の強度のバンドが達成されたときに水中で短時間洗浄した。 Protein immunoblotting was performed using Mini Trans-Blot Cells from Bio-Rad. After protein electrophoresis, proteins separated by SDS-PAGE were transferred to a nitrocellulose membrane using a current of 300 mA for 1 hour. The nitrocellulose membrane was then blocked with blocking buffer for 30 minutes overnight, followed by 6 washes of 5 minutes each with TBS-Tween 20 buffer. Proteins of interest were detected on the membrane by incubating for 1 hour at room temperature with a casein block diluted (1:2,000) primary antibody against human IL-11 (goat IgG). After washing the membrane six times for 4 min each with TBS-Tween 20 buffer, the membrane was incubated with a casein-block diluted (1:3,000) secondary antibody against goat IgG for 1 hour at room temperature. Membranes were transferred to shallow trays and incubated with 1-step Ultra TMB according to the manufacturer's protocol. The color development process was carefully monitored and briefly washed in water when a band of desired intensity was achieved.

rhIL-11の精製
水性二相抽出
可溶性であるがミスフォールディングされたrhIL-11は、水性二相抽出によって発酵培地から沈殿した。固形PEG8000を発酵培地の濾液に直接添加して、6%~8%(w/v)の最終濃度を得た。固体ポリマーを穏やかに攪拌することによって完全に溶解させ、続いて10分間4,000rpmで遠心分離して沈殿タンパク質を回収した。
Purified Aqueous Two-Phase Extraction of rhIL-11 Soluble but misfolded rhIL-11 was precipitated from the fermentation medium by aqueous two-phase extraction. Solid PEG 8000 was added directly to the fermentation medium filtrate to give a final concentration of 6%-8% (w/v). The solid polymer was completely dissolved by gentle agitation, followed by centrifugation at 4,000 rpm for 10 minutes to collect the precipitated protein.

rhIL-11のリフォールディング
沈殿したタンパク質を、7Mグアニジン塩酸塩(GdHCl)pH8~9バッファーを含有する20mMリン酸ナトリウムに最終濃度2mg/mLになるように溶解し、室温で1時間インキュベートした。11倍容量の4mMリン酸ナトリウムバッファー(pH8)を添加してGdHClを希釈し、溶液を室温で2時間インキュベートすることによって変性タンパク質を適切にリフォールディングさせた。イオン交換クロマトグラフィーに供する前に、得られた溶液を、4mMリン酸バッファーを用いて、限外濾過または透析を用いた単純希釈またはバッファー交換によって希釈して、6.5mS/cm未満の導電率を得た。
Refolding of rhIL-11 The precipitated protein was dissolved in 20 mM sodium phosphate containing 7 M guanidine hydrochloride (GdHCl) pH 8-9 buffer to a final concentration of 2 mg/mL and incubated for 1 hour at room temperature. Denatured proteins were properly refolded by adding 11 volumes of 4 mM sodium phosphate buffer (pH 8) to dilute the GdHCl and incubating the solution for 2 hours at room temperature. Prior to ion exchange chromatography, the resulting solution was diluted with 4 mM phosphate buffer by simple dilution or buffer exchange using ultrafiltration or dialysis to give a conductivity of less than 6.5 mS/cm. got

カチオン交換クロマトグラフィー
イオン交換クロマトグラフィーは、市販のクロマトグラフィー装置(例えば、GE Healthcare Life SciencesからのAKTAprime plus)を使用して実施した。クロマトグラフィーカラムに負荷する前に、得られた希釈液を、0.45または0.2μm膜を通して遠心分離または濾過して、微粒子を除去した。混合物を、20mMリン酸ナトリウムpH8を含むバッファーAで平衡させたCapto Sカラムに負荷した。20mMリン酸ナトリウムpH8および1M NaClを含有するバッファーBのグラジエント溶出またはステップ溶出で溶出させた。
Cation Exchange Chromatography Ion exchange chromatography was performed using commercially available chromatography equipment (eg AKTAprime plus from GE Healthcare Life Sciences). The resulting dilutions were centrifuged or filtered through 0.45 or 0.2 μm membranes to remove particulates prior to loading onto the chromatography column. The mixture was loaded onto a Capto S column equilibrated with buffer A containing 20 mM sodium phosphate pH8. Eluted with a gradient or step elution of buffer B containing 20 mM sodium phosphate pH 8 and 1 M NaCl.

疎水性相互作用クロマトグラフィー
市販のクロマトグラフィー装置(例えば、GE Healthcare Life SciencesからのAKTAprime plus)を使用して、疎水性相互作用クロマトグラフィーを実施した。カチオン交換体(CaptoS)からのrhIL-11を含有する画分をプールし、5mMのDL-メチオニンを含む0.5Mの硫酸アンモニウムに添加した。得られた希釈液を、サンプル負荷の前に、0.45または0.2μmの膜を通して遠心分離または濾過して微粒子を除去した。混合物を、10mMリン酸ナトリウムpH7バッファー中に0.5M硫酸アンモニウムおよび5mM DL-メチオニンを含有するバッファーAで平衡化したButyl HPカラムに負荷した。タンパク質を、10mMリン酸ナトリウムpH7バッファーを含有するバッファーBのステップ溶出またはグラジエント溶出で溶出した。強く結合したrhIL-11を溶出するために、さらに0.2M酢酸を用いた。
Hydrophobic Interaction Chromatography Hydrophobic interaction chromatography was performed using commercially available chromatography equipment (eg, AKTAprime plus from GE Healthcare Life Sciences). Fractions containing rhIL-11 from the cation exchanger (CaptoS) were pooled and added to 0.5 M ammonium sulfate containing 5 mM DL-methionine. The resulting dilutions were centrifuged or filtered through 0.45 or 0.2 μm membranes to remove particulates prior to sample loading. The mixture was loaded onto a Butyl HP column equilibrated with buffer A containing 0.5 M ammonium sulfate and 5 mM DL-methionine in 10 mM sodium phosphate pH 7 buffer. Proteins were eluted with a step or gradient elution of buffer B containing 10 mM sodium phosphate pH 7 buffer. Additional 0.2 M acetic acid was used to elute strongly bound rhIL-11.

サイズ排除クロマトグラフィーにより決められる純度
他の高分子量種に加えて、共有結合的および非共有結合的に凝集したrhIL-11の含有量を、ダイオードアレイ検出器を備えた市販のUPLCシステム(例えば、Thermo ScientificからのUltiMate3000 Rapid Separation LCシステム)を用いたサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)により分析した。クロマトグラフィー手順は以下を用いて実施した。
Purity as Determined by Size Exclusion Chromatography The content of covalently and non-covalently aggregated rhIL-11, in addition to other high molecular weight species, was determined using a commercial UPLC system equipped with a diode array detector (eg, It was analyzed by size exclusion chromatography (SEC) using an UltiMate 3000 Rapid Separation LC system from Thermo Scientific). Chromatographic procedures were performed using:

カラム:Waters Acquity BEH200 SEC 1.7μm、4.6×150mm、300A(オングストローム)孔径(部品番号186005225)、ガードカートリッジ(部品番号186005793)を装備
移動相:0.5M NaClを含有する25mMリン酸ナトリウムpH7.0
流速:0.3ml/分
検出:280nm
停止時間:10分
タンパク質5μgの注入
Column: Waters Acquity BEH200 SEC 1.7 μm, 4.6×150 mm, 300 A (Angstroms) pore size (part number 186005225), equipped with a guard cartridge (part number 186005793) Mobile phase: 25 mM sodium phosphate containing 0.5 M NaCl pH 7.0
Flow rate: 0.3 ml/min Detection: 280 nm
Stop time: 10 min Injection of 5 μg protein

LC/MSによって決められる純度および分子量
rhIL-11の純度は、Agilent 6540 UHD Accurate Mass Q-TOFLC/MSシステムに接続されたダイオードアレイ検出器を備えた(a)UPLC(例えば、Thermo ScientificからのUltiMate3000 Rapid Separation LCシステム、またはAgilent 1290 infinity UPLCシステム)を使用する逆相(RP)クロマトグラフィーによって分析した。クロマトグラフィー手順は以下の手順を用いて実施した。
Purity and Molecular Weight Determined by LC/MS The purity of rhIL-11 was determined by (a) UPLC (e.g. UltiMate 3000 from Thermo Scientific) equipped with a diode array detector connected to an Agilent 6540 UHD Accurate Mass Q-TOFLC/MS system. Analysis was by reverse phase (RP) chromatography using a Rapid Separation LC system, or an Agilent 1290 infinity UPLC system). The chromatographic procedure was performed using the following procedure.

カラム:ACQUITY UPLC PST C18カラム、300A(オングストローム)孔径、1.7μm、2.1mm×150mm(部品番号186003687)、Acquity BEH C18 VanGuard Pre-カラム、300A(オングストローム)孔径、1.7μm、2.1×5mm(部品番号186004629)
移動相とグラジエント:移動相A:水中0.1%(v/v)トリフルオロ酢酸(TFA);移動相B:95%(v/v)アセトニトリル中0.1%(v/v)TFA
流速:0.4ml/分
カラム温度:周囲温度
検出:214nm
注入量:5μg
Columns: ACQUITY UPLC PST C18 column, 300A (Angstrom) pore size, 1.7 μm, 2.1 mm×150 mm (part number 186003687), Acquity BEH C18 VanGuard Pre-column, 300A (Angstrom) pore size, 1.7 μm, 2.1 ×5mm (part number 186004629)
Mobile phase and gradient: Mobile phase A: 0.1% (v/v) trifluoroacetic acid (TFA) in water; Mobile phase B: 0.1% (v/v) TFA in 95% (v/v) acetonitrile.
Flow rate: 0.4 ml/min Column temperature: Ambient temperature Detection: 214 nm
Injection volume: 5 μg

グラジエント-典型的な溶媒グラジエントを表2に示す。 Gradients—A typical solvent gradient is shown in Table 2.

Figure 0007227159000002
Figure 0007227159000002

質量分析の操作パラメータは以下の通りであった。
m/z範囲と極性:150-3000陽性
供給元パラメータ:ガス温度300℃;ガス流量8L/分
ネブライザー 35psig
シースガス温度380℃;シースガス流量 11L/分
スキャンソースパラメータ:
VCap=3500
ノズル電圧 1,000V
フラグメンター 175
スキマー(Skimmerl) 65
OctopoleRFPeak 750
The operating parameters for mass spectrometry were as follows.
m/z range and polarity: 150-3000 positive Source parameters: gas temperature 300° C.; gas flow 8 L/min Nebulizer 35 psig
Sheath gas temperature 380° C.; sheath gas flow rate 11 L/min Scan source parameters:
V Cap = 3500
Nozzle voltage 1,000V
Fragmentor 175
Skimmer 65
Octopole RF Peak 750

細胞ベースのバイオアッセイ
rhIL-11の生物学的活性は、7TD1細胞ラインを用いて細胞増殖アッセイにおいて計算された。IL-11参照標準および未知のサンプルを無菌的に希釈し、濃度範囲を10倍の20,000ng/ml~0.2pg/mlにした(合計9希釈)。50μLのrhIL-11標準またはサンプルを、ウェルあたり4,000細胞で7TD1細胞を含有するウェル(例えば、96ウェルプレートのウェル)に2度添加した。細胞を5%COを含有する加湿雰囲気中で37℃でインキュベートして、2μg/mLのIL-11受容体の存在下で3日間、異なるIL-11濃度に対するそれらの応答を特徴付けた(12)。細胞増殖アッセイのために、マルチチャンネルピペットを用いてウェル当たり20μLのMTS溶液をウェルに分配し、信号発信に応じて、37℃のインキュベーターにおいて2.5~3時間インキュベートした。インキュベーション後、プレートを、UV/Visマイクロプレートおよびキュベット分光光度計(例えば、Thermo ScientificからのMultiskan GO)を用いて490nmでの吸光度について読み取った。
Cell-Based Bioassays The biological activity of rhIL-11 was calculated in cell proliferation assays using the 7TD1 cell line. IL-11 reference standards and unknown samples were diluted aseptically to give a concentration range of 10-fold from 20,000 ng/ml to 0.2 pg/ml (9 dilutions total). 50 μL of rhIL-11 standard or sample was added twice to wells containing 7TD1 cells at 4,000 cells per well (eg, wells of a 96-well plate). Cells were incubated at 37° C. in a humidified atmosphere containing 5% CO 2 to characterize their response to different IL-11 concentrations for 3 days in the presence of 2 μg/mL IL-11 receptor ( 12). For the cell proliferation assay, 20 μL of MTS solution was dispensed into wells using a multichannel pipette and incubated for 2.5-3 hours in a 37° C. incubator depending on signaling. After incubation, plates were read for absorbance at 490 nm using a UV/Vis microplate and cuvette spectrophotometer (eg Multiskan GO from Thermo Scientific).

4パラメータの非線形ロジスティック方程式に対して、GraphPadソフトウェアPrism6を用いて、シグモイド用量-反応曲線を適合させることにより、x軸の濃度に対してy軸の490nmの吸光度をプロットすることによって、用量反応曲線のEC50(最大有効濃度の半分)を決定する。
y=((a-d)/(l+(x/c)b))+d
ここで、
aは、濃度がゼロに近づくにつれての最小漸近線のy軸である;bはその曲線のグラジエントを表すグラジエントである
cはEC50である
dは、濃度が無限大に近づくにつれての最大漸近線のy軸である
xは濃度である
yは490nmにおける吸光度である
比生物活性は以下の式から導かれる。
比活性(U/mg)=(基準比活性)×(EC50基準/EC50サンプル)
A dose-response curve was generated by plotting absorbance at 490 nm on the y-axis against concentration on the x-axis by fitting a sigmoidal dose-response curve to a four-parameter nonlinear logistic equation using GraphPad software Prism6. EC50 (half maximal effective concentration) of
y=((ad)/(l+(x/c)b))+d
here,
a is the y-axis of the minimum asymptote as the concentration approaches zero; b is the gradient representing the gradient of the curve c is the EC50 d is the maximum asymptote as the concentration approaches infinity is the y-axis of x is the concentration y is the absorbance at 490 nm Specific bioactivity is derived from the following equation.
Specific activity (U/mg) = (reference specific activity) x (EC 50 reference/EC 50 sample)

円偏光二色性による二次構造の特徴付け
遠紫外円偏光二色性(CD)スペクトルを、室温で光路長1.0cmの石英セルを用いてJascoJ-815分光偏光計を用いて記録した。タンパク質サンプルを、脱イオン水または5mMリン酸ナトリウム(pH7)を用いて約0.02mg/mLに希釈した。二次構造を、それぞれ100nm/分、1nmおよび2秒に設定された走査速度、帯域幅および反応を含む操作パラメータを用いて遠UV領域(190nm~250nm)でモニターした。スペクトルは3回の走査の平均から得た。
Secondary Structure Characterization by Circular Dichroism Far-UV circular dichroism (CD) spectra were recorded at room temperature using a Jasco J-815 spectropolarimeter with a quartz cell of 1.0 cm path length. Protein samples were diluted to approximately 0.02 mg/mL with deionized water or 5 mM sodium phosphate (pH 7). Secondary structure was monitored in the deep UV region (190 nm-250 nm) with operating parameters including scan speed, bandwidth and response set at 100 nm/min, 1 nm and 2 seconds, respectively. Spectra were obtained from the average of three scans.

ペプチドマッピング
タンパク質分解溶液を、配列決定グレードの1/100(w/w)トリプシンを添加することによって、2mg/mLのタンパク質を含有する50mMリン酸ナトリウムpH8バッファー中で調製した。室温で6時間インキュベートした後、TFA(またはギ酸)を導入して最終濃度0.1%にして反応を停止させた。沈殿物を、注入の前に、0.2または0.4μmの膜を介して遠心分離または濾過によって除去した。Agilent 6540 UHD Accurate Mass Q-TOF LC/MSシステムと組み合わせたLC/MSシステム-Agilent 1290 無限UPLCシステムを用いてペプチド同定を行った。クロマトグラフィー手順は以下のように実施した。
Peptide Mapping Proteolysis solutions were prepared in 50 mM sodium phosphate pH 8 buffer containing 2 mg/mL protein by adding sequencing grade 1/100 (w/w) trypsin. After incubation for 6 hours at room temperature, TFA (or formic acid) was introduced to a final concentration of 0.1% to stop the reaction. Precipitates were removed by centrifugation or filtration through 0.2 or 0.4 μm membranes prior to injection. Peptide identification was performed using an LC/MS system—Agilent 1290 Infinite UPLC system combined with an Agilent 6540 UHD Accurate Mass Q-TOF LC/MS system. The chromatographic procedure was performed as follows.

カラム:Zorbax 300 SB-C8、2.1×150mm、5μm、300A(オングストローム)孔径(Agilent部品番号883750-906)
移動相とグラジエント:移動相A:水中0.1%(v/v)のTFA;移動相B:95%(v/v)アセトニトリル中0.1%(v/v)のTFA
流速:0.2ml/分
検出:214nm
注入量:10μg
Column: Zorbax 300 SB-C8, 2.1 x 150 mm, 5 μm, 300 A (Angstrom) pore size (Agilent part number 883750-906)
Mobile phase and gradient: Mobile phase A: 0.1% (v/v) TFA in water; Mobile phase B: 0.1% (v/v) TFA in 95% (v/v) acetonitrile
Flow rate: 0.2 ml/min Detection: 214 nm
Injection volume: 10 μg

グラジエント-典型的な溶媒グラジエントを表3に示す。 Gradients—A typical solvent gradient is shown in Table 3.

Figure 0007227159000003
Figure 0007227159000003

質量分析の操作パラメータは以下の通りであった。
m/z範囲と極性:400-1700陽性
ソースパラメータ:
ガス温度 300℃
ガス流量 8L/分
ネブライザー 35psig
シースガス温度 350℃
シースガス流量 11L/分
スキャンソースパラメータ:
VCap=3500
ノズル電圧 1,000V
フラグメンター 175
スキマー 165
The operating parameters for mass spectrometry were as follows.
m/z range and polarity: 400-1700 positive Source parameters:
Gas temperature 300℃
Gas flow 8 L/min Nebulizer 35 psig
Sheath gas temperature 350°C
Sheath gas flow rate 11 L/min Scan source parameters:
V Cap = 3500
Nozzle voltage 1,000V
Fragmentor 175
Skimmer 165

Figure 0007227159000004
衝突エネルギー
Figure 0007227159000004
collision energy

トリプシンによって切断されたタンパク質分解性ペプチドの推定分子量を表1に列挙する。各タンパク質分解性ペプチドの同定は、m/zスペクトルでのペプチドの断片化から生じる可能性のある断片イオンを生成するMS Productツールを用いて手動で行った。組換えIL-11から得られたトリプシン処理ペプチドを表5に示す。 The estimated molecular weights of proteolytic peptides cleaved by trypsin are listed in Table 1. Identification of each proteolytic peptide was performed manually using the MS Product tool, which generates fragment ions that can arise from peptide fragmentation in the m/z spectrum. Tryptic peptides obtained from recombinant IL-11 are shown in Table 5.

Figure 0007227159000005
Figure 0007227159000005

アミノ酸組成
アミノ酸組成は、Hitachi High-Speed Amino acid Analyzer L-8900を用いて決定した。これはイオン交換機構とそれに続くニンヒドリンでの誘導体化による加水分解アミノ酸の分離を提供する。加水分解の前に、タンパク質サンプルを1mg/mLで3回調製し、窒素雰囲気下、6NのHCl、110℃の条件下で22時間加水分解した。80℃の水浴中で蒸発させた後、加水分解したサンプルを0.02NのHClに再懸濁した。そのような酸性加水分解条件下で、アスパラギンおよびグルタミンは脱アミド化され、それらのそれぞれの酸を形成する。トリプトファンは完全に分解されている。システインおよびメチオニンは酸化されており、酸加水分解物から容易には検出されない。チロシン、セリンおよびスレオニンは部分的に加水分解されている(13)。
Amino Acid Composition Amino acid composition was determined using a Hitachi High-Speed Amino acid Analyzer L-8900. This provides for separation of hydrolyzed amino acids by an ion exchange mechanism followed by derivatization with ninhydrin. Prior to hydrolysis, protein samples were prepared at 1 mg/mL in triplicate and hydrolyzed in 6N HCl at 110° C. for 22 hours under nitrogen atmosphere. After evaporation in a water bath at 80° C., the hydrolyzed samples were resuspended in 0.02N HCl. Under such acidic hydrolysis conditions, asparagine and glutamine are deamidated to form their respective acids. Tryptophan is completely degraded. Cysteine and methionine are oxidized and not readily detected from acid hydrolysates. Tyrosine, serine and threonine are partially hydrolyzed (13).

高細胞密度発酵
下流精製実行のために研究作業用セルバンクのバイアルから解凍されたプロテアーゼ欠損株(pPINKS1-IL11-24)を接種した1-L発酵槽中でグリセロール供給バッチ発酵を行った。典型的な細胞増殖曲線を図1Aに示す。図1Aは、グリセロールの追加供給後に200ODを達成した細胞培養物を示す。細胞密度は、メタノール誘導後も250ODまで成長し続けたが、おそらく栄養素が不十分なため、誘導後22時間後には徐々に低下した。発酵ブロスのサンプルを、誘導時点の22時間後、46時間後、および70時間後に採取し、非還元SDS-PAGEによって分析した。図1B図および図1Cは、SDS-PAGEおよびイムノブロッティングの典型的な結果をそれぞれ示す。この方法は一貫して生産性を過小評価することが見出されたので、発現レベルはELISAによって決定されなかった。代わりに、rhIL-11の生産性は、目視検査またはデンシトメトリーのいずれかによって、参照標準のものと比較したクーマシーブルー染色の強度によって推定され、約0.4~0.6g/Lを生じることが見出された。クーマシーブルー染色によって行われるSDS-PAGEでは、約15KDのrhIL-11(約20KD)の位置より下にいくつかの明らかなバンドがあり(図1B)、rhIL-に対する抗体を用いたイムノブロッティングによって検証されるように分解種であった(図1C)。RP-HPLCにより決定された発酵培地の発現生産性は、約0.4mg/mLであった。
High Cell Density Fermentation A glycerol-fed batch fermentation was performed in a 1-L fermentor inoculated with a protease-deficient strain (pPINKS1-IL11-24) thawed from a vial of a research working cell bank for downstream purification runs. A typical cell growth curve is shown in FIG. 1A. FIG. 1A shows cell cultures that achieved 200 OD after additional feeding of glycerol. Cell density continued to grow up to 250 OD after methanol induction, but gradually declined after 22 hours post-induction, probably due to insufficient nutrients. Fermentation broth samples were taken at 22, 46, and 70 hours after induction and analyzed by non-reducing SDS-PAGE. Figures 1B and 1C show typical results of SDS-PAGE and immunoblotting, respectively. Expression levels were not determined by ELISA, as this method was found to consistently underestimate productivity. Instead, rhIL-11 productivity was estimated by the intensity of Coomassie blue staining compared to that of a reference standard, either by visual inspection or densitometry, and measured approximately 0.4-0.6 g/L. was found to occur. SDS-PAGE performed by Coomassie blue staining showed several distinct bands below the position of rhIL-11 (approximately 20 KD) at approximately 15 KD (FIG. 1B), which was confirmed by immunoblotting with an antibody against rhIL-11. It was a degraded species as verified (Fig. 1C). The expression productivity of the fermentation medium determined by RP-HPLC was approximately 0.4 mg/mL.

カチオン交換クロマトグラフィーを用いるIL-11の捕捉
IL-11の高い等電点(pI=11)を考慮して、pH8で発酵培地からrhIL-11を捕捉するためにカチオン交換クロマトグラフィーを試みた。遠心分離によって細胞ペーストを除去した後、数百ミリリットルのブロスを限外濾過によるバッファー交換に供するか、または少なくとも10容量の水で直接希釈して3mS/cm未満の導電率を得た。rhIL-11を回収するために、約2ミリグラムのrhIL-11に相当する少量の溶液を、20mM Tris pH8バッファーで予め平衡化した1mLのCapto-Sカラム(カチオン交換体)に負荷した。結合タンパク質を、1M NaClまでのNaClグラジエントで溶出した。SDS-PAGEおよびイムノブロッティングの結果は、rhIL-11がフロースルー画分中に見出されカラムに結合しなかったことを示した(データは示さず)。カチオン交換体を用いる精製システムの適合性を確実にするために、陽性対照として0.5mgの参照rhIL-11を1mL発酵ブロス中にスパイクし、続いて前述の精製手順を行った。約30%の回収率は、同じ方法でNaClグラジエントによってうまく溶出されたので、rhIL-11を単離するためのカチオン交換体の適合性を示唆した。フロースルー物質の回収による陰イオン交換体(Capto-Q)を用いた単離を試みた。約2ミリグラムのrhIL-11に相当する少量の溶液を1mLのCapto-Qカラム(陰イオン交換体)に負荷して、フロースルーでrhIL-11を回収した。カラムは予め20mM Tris pH8バッファーで平衡化した後、1M NaClまでのNaClグラジエントで溶出した。驚くべきことに、SDS-PAGEの結果は、NaCl含有画分中のrhIL-11の成功した回収を示したが、フロースルー中ではそうではなかった(データ示さず)。この精製プロセスを繰り返して、一貫した再現性のある結果を導き、発現されたrhIL-11の予想外のイオン特性を確認した。
Capture of IL-11 Using Cation Exchange Chromatography Given the high isoelectric point of IL-11 (pI=11), cation exchange chromatography was attempted to capture rhIL-11 from the fermentation medium at pH8. After removing the cell paste by centrifugation, hundreds of milliliters of broth were subjected to buffer exchange by ultrafiltration or directly diluted with at least 10 volumes of water to obtain a conductivity of less than 3 mS/cm. To recover rhIL-11, a small volume of solution corresponding to approximately 2 milligrams of rhIL-11 was loaded onto a 1 mL Capto-S column (cation exchanger) pre-equilibrated with 20 mM Tris pH 8 buffer. Bound proteins were eluted with a NaCl gradient up to 1M NaCl. SDS-PAGE and immunoblotting results showed that rhIL-11 was found in the flow-through fraction and did not bind to the column (data not shown). To ensure suitability of the purification system using cation exchangers, 0.5 mg of reference rhIL-11 was spiked into 1 mL fermentation broth as a positive control, followed by the purification procedure described above. A recovery of approximately 30% was successfully eluted by a NaCl gradient in the same manner, suggesting the suitability of the cation exchanger for isolating rhIL-11. Isolation using an anion exchanger (Capto-Q) was attempted by collection of the flow-through material. A small volume of solution corresponding to approximately 2 milligrams of rhIL-11 was loaded onto a 1 mL Capto-Q column (anion exchanger) and rhIL-11 was recovered in the flow-through. The column was pre-equilibrated with 20 mM Tris pH 8 buffer and then eluted with a NaCl gradient up to 1 M NaCl. Surprisingly, SDS-PAGE results showed successful recovery of rhIL-11 in the NaCl-containing fractions, but not in the flow-through (data not shown). This purification process was repeated leading to consistent and reproducible results, confirming the unexpected ionic properties of the expressed rhIL-11.

本発明者らは、細胞ベースの増殖アッセイにおけるrhIL-11の弱い生物活性および発酵培地のサンプルを使用する場合のELISA定量化を用いたrhIL-11含有量の過小評価に注目した。興味深いことに、発酵ブロスを参照rhIL-11で過剰投与したときに生物活性は回復した(データは示さず)。本発明者らは、イオン交換体への予期せぬ結合(またはその欠如)および生物活性の喪失が発現タンパク質の物理的性質の変化を示していると結論付けた。 We noted the weak bioactivity of rhIL-11 in cell-based proliferation assays and the underestimation of rhIL-11 content using ELISA quantification when using samples of fermentation media. Interestingly, bioactivity was restored when the fermentation broth was overdosed with reference rhIL-11 (data not shown). We conclude that unexpected binding (or lack thereof) to ion exchangers and loss of biological activity indicate changes in the physical properties of the expressed protein.

液体二相抽出
さらなる調査の前に、発現されたタンパク質は単純な水性二相抽出によって発酵培地から回収された。ポリエチレングリコール8000を添加することにより、抽出を展開して液相から非天然rhIL-11を沈殿させた。固体PEG-8000を1mLの濾過発酵ブロスに添加して、それぞれ、2.9、3.8、5.0、6.2、7.3および8.2%(w/v)を得た。4℃で1時間インキュベートした後、6.2、7.3および8.2%のPEG8000を含有するサンプルにおいてのみ濁りが可視化された。卓上型遠心分離機を用いて最高速度で5分間遠心分離することによって沈殿物を収集し、沈殿したタンパク質を1mLのpH8のリン酸ナトリウムバッファーで再構成した。図2に示すように、わずか6%(w/v)のPEG8000を添加することによって、ほとんど全てのrhIL-11を沈殿物から回収することができた。その後の研究において、特に明記しない限り、rhIL-11は、PEGを用いた沈殿によって培地から回収された。
Liquid Two-Phase Extraction Prior to further investigation, the expressed protein was recovered from the fermentation medium by a simple aqueous two-phase extraction. The extraction was developed to precipitate the non-native rhIL-11 from the liquid phase by adding polyethylene glycol 8000. Solid PEG-8000 was added to 1 mL of filtered fermentation broth to yield 2.9, 3.8, 5.0, 6.2, 7.3 and 8.2% (w/v) respectively. After 1 hour incubation at 4° C., turbidity was visible only in samples containing 6.2, 7.3 and 8.2% PEG8000. The precipitate was collected by centrifugation for 5 minutes at maximum speed in a tabletop centrifuge and the precipitated protein was reconstituted with 1 mL pH 8 sodium phosphate buffer. As shown in Figure 2, almost all rhIL-11 could be recovered from the precipitate by adding as little as 6% (w/v) PEG8000. In subsequent studies rhIL-11 was recovered from the culture medium by precipitation with PEG unless otherwise stated.

発酵培地中の分泌rhIL-11の構造的特徴
円偏光二色性(CD)とサイズ排除クロマトグラフィーを用いて構造特性を研究した。発酵培地に8%のPEG8000を添加することによって液体二相抽出から回収された沈殿rhIL-11を約0.02mg/mLで脱イオン水に再懸濁した。典型的なCDスペクトルを図3に示す。これは、有意ならせん構造(約222nmおよび210nmでの負のバンド、および約195nmでの正のバンドによって示されるように)を明らかにしている。これは、粗rhIL-11がらせん状の骨格を維持していたことを示唆している。
Structural Characterization of Secreted rhIL-11 in Fermentation Media Structural characteristics were studied using circular dichroism (CD) and size exclusion chromatography. Precipitated rhIL-11 recovered from liquid two-phase extraction by adding 8% PEG8000 to the fermentation medium was resuspended in deionized water at approximately 0.02 mg/mL. A typical CD spectrum is shown in FIG. This reveals a significant helical structure (as indicated by negative bands at about 222 nm and 210 nm and a positive band at about 195 nm). This suggests that crude rhIL-11 maintained a helical backbone.

サイズ排除試験のために、PEG沈殿タンパク質を、20mMリン酸ナトリウムpH7バッファー中に約1mg/mLの濃度に再懸濁した。分子サイズは、10K~450KDaの範囲の球状タンパク質を分離することができるAcquity BEH200 SECカラムを使用してrhIL-11の参照標準と比較した。図4に見られるような結果は、発酵培地からの粗rhIL-11が予想外に高い分子量を有することを示している。これは分泌されたrhIL-11が培養ブロス中に可溶性凝集体として存在することを示唆している。CDデータと組み合わせると、分泌されたrhIL-11のらせん構造は維持されるが、単量体分子は互いに非共有結合的に会合して分子間らせん状束を形成する傾向があると考えられる。発明者は、理論に縛られることはないが、これが元のプロセスにおける低収率の原因であり、その結果、物理化学的特性の変化および生物活性の喪失をもたらすと考えている。 For size exclusion studies, PEG-precipitated proteins were resuspended in 20 mM sodium phosphate pH 7 buffer to a concentration of approximately 1 mg/mL. Molecular size was compared to a reference standard of rhIL-11 using an Acquity BEH200 SEC column capable of separating globular proteins ranging from 10K to 450KDa. The results, as seen in Figure 4, demonstrate that crude rhIL-11 from the fermentation medium has an unexpectedly high molecular weight. This suggests that secreted rhIL-11 exists as soluble aggregates in the culture broth. Combined with the CD data, it appears that although the helical structure of secreted rhIL-11 is maintained, the monomeric molecules tend to non-covalently associate with each other to form intermolecular helical bundles. The inventors, without being bound by theory, believe that this is the cause of the low yields in the original process, resulting in altered physicochemical properties and loss of biological activity.

発酵培地中で非イオン性界面活性剤を使用した自己凝集の防止
ピキア・パストリスは真核生物のフォールディング経路を介してタンパク質を発現するが、高密度酵母培養物における自己凝集およびミスフォールディングされた分泌型rhIL-11はこれまでに報告されていない。凝集形態は、生物活性の喪失および下流の精製工程における低収率などの重大な問題を引き起こす。凝集を防ぐ一つの戦略は、発酵培地に添加物や界面活性剤を導入することである(14)。これを調べるために、0.1%のTween-80を1Lの高密度流加発酵培地に導入した。回収後、130mLの発酵培地に10倍の水を加えて導電率を下げた。0.45または0.2μmの膜を介して単純濾過により粒子状物質を除去した後、得られた溶液を、カチオン交換体(Capto-S)に負荷して生物活性rhIL-11を回収した。典型的な精製プロファイルを図5に示す。カラムに負荷した後、カラムを50mM NaClバッファーで洗浄し、続いてカラム容量の10倍以上の50~300mM NaClグラジエントで洗浄した。rhIL-11を含む画分を、選択された画分のSDS-PAGE分析によって決定されるように合わせたところ、13.6%の工程収率が得られた。その知見は、0.1%Tween-80が発酵中の自己凝集をある程度減少できることを示唆したが、生物活性rhIL-11の回収は満足できないかもしれない。
Prevention of self-aggregation using nonionic detergents in fermentation media Pichia pastoris expresses proteins via the eukaryotic folding pathway, but self-aggregation and misfolded secretion in high-density yeast cultures Type rhIL-11 has not been previously reported. Aggregated forms cause significant problems such as loss of biological activity and low yields in downstream purification steps. One strategy to prevent flocculation is to introduce additives or surfactants into the fermentation medium (14). To investigate this, 0.1% Tween-80 was introduced into 1 L of high-density fed-batch fermentation medium. After harvesting, 10x water was added to 130 mL of fermentation medium to lower the conductivity. After removing particulate matter by simple filtration through a 0.45 or 0.2 μm membrane, the resulting solution was loaded onto a cation exchanger (Capto-S) to recover bioactive rhIL-11. A typical purification profile is shown in FIG. After loading the column, the column was washed with a 50 mM NaCl buffer followed by a 50-300 mM NaCl gradient over 10 column volumes. Fractions containing rhIL-11 were combined as determined by SDS-PAGE analysis of selected fractions to give a step yield of 13.6%. The findings suggested that 0.1% Tween-80 could reduce self-aggregation during fermentation to some extent, but the recovery of bioactive rhIL-11 may not be satisfactory.

rhIL-11復元のためのリフォールディングの最適化
溶液中のタンパク質のリフォールディングは、イオン強度、pH、温度、タンパク質濃度などを含む多くの物理化学的要因の結果である。尿素、硫酸アンモニウム、SDSおよびグアニジン塩酸塩(GdHCl)は、rhIL-11のリフォールディングプロセスに有用であり得る変性剤として研究された。PEG沈殿後に2mLの発酵培地からタンパク質を沈殿させ、それぞれの変性剤含有バッファー:8M尿素、1M硫酸アンモニウム、0.5% SDSまたは6M GdHClで5mg/mLに再構成した。5mS/cm未満の導電率を達成するために水で希釈した後、天然および生物学的に活性なrhIL-11のみがカチオン交換体に吸着され、NaCl塩グラジエントによって溶出されると予想される。結果は、図6に示されるように、6MのGdHClを除いて、変性剤がrhIL-11を再生することに失敗したことを示した(これは、6M GdHClを含むリフォールディング溶液からのrhIL-11がNaClグラジエントを用いて首尾よく溶出されたことを示す)。他の研究では、PEG沈殿後に2mLの発酵培地から沈殿したタンパク質が、0.1N NaOH、70%のエタノールを含む0.1N NaOH、または1%のTween20を含む0.1N NaOHからなるアルカリ溶液2mLに溶解した。水で希釈し、pHをpH8に調整した後、カチオン交換体は、そのような溶液から天然rhIL-11をほとんど回収しなかった。結果は、本発明の概念の好ましい実施形態において、グアニジン塩酸塩を用いてrhIL-11を高収率で首尾よく再生することができることを示唆している。
Optimization of Refolding for rhIL-11 Restoration Protein refolding in solution is the result of many physicochemical factors, including ionic strength, pH, temperature, protein concentration, and the like. Urea, ammonium sulfate, SDS and guanidine hydrochloride (GdHCl) were investigated as denaturants that may be useful in the refolding process of rhIL-11. Proteins were precipitated from 2 mL of fermentation medium after PEG precipitation and reconstituted to 5 mg/mL with respective denaturant-containing buffers: 8 M urea, 1 M ammonium sulfate, 0.5% SDS or 6 M GdHCl. After dilution with water to achieve a conductivity of less than 5 mS/cm, only native and biologically active rhIL-11 is expected to be adsorbed to the cation exchanger and eluted by the NaCl salt gradient. The results showed that, with the exception of 6M GdHCl, denaturants failed to refold rhIL-11, as shown in FIG. 11 was successfully eluted using a NaCl gradient). In other studies, proteins precipitated from 2 mL of fermentation medium after PEG precipitation were 2 mL of alkaline solutions consisting of 0.1 N NaOH, 0.1 N NaOH with 70% ethanol, or 0.1 N NaOH with 1% Tween 20. dissolved in After dilution with water and adjustment of the pH to pH 8, cation exchangers recovered little native rhIL-11 from such solutions. The results suggest that rhIL-11 can be successfully renatured in high yield using guanidine hydrochloride in a preferred embodiment of the present concept.

リフォールディングプロセスにおいて使用されるタンパク質濃度は、7M GdHCl溶液中に様々なタンパク質濃度でPEGタンパク質沈殿物を溶解することによって最適化された。2mLの発酵培地からのタンパク質をPEG沈殿後に収集し、7M GdHCl緩衝溶液中で様々なタンパク質濃度で再構成した。単純希釈によるリフォールディング後、各調製物のリフォールディングされたrhIL-11を上記のようにカチオン交換体で単離した。リフォールディングの収率は、図7に示すように、観察されたピーク面積をrhIL-11の参照標準のそれと比較することによって評価した。結果は、試験した全ての濃度でリフォールディングが起こり、約2mg/mLのタンパク質濃度で最適な広い収量が得られたことを示している。 The protein concentration used in the refolding process was optimized by dissolving PEG protein precipitates at various protein concentrations in 7M GdHCl solution. Proteins from 2 mL of fermentation medium were collected after PEG precipitation and reconstituted at various protein concentrations in 7 M GdHCl buffer solution. After refolding by simple dilution, the refolded rhIL-11 of each preparation was isolated on a cation exchanger as described above. Refolding yields were assessed by comparing the observed peak areas with that of the rhIL-11 reference standard, as shown in FIG. The results show that refolding occurred at all concentrations tested, with optimal broad yields at a protein concentration of approximately 2 mg/mL.

フォールディング促進剤または凝集抑制剤として作用する多くの共溶質を、タンパク質のリフォールディングを補助するために導入することができる。典型的な共溶質には、PEG、シクロデキストリン、アルギニン、プロリン、およびスクロースが含まれる。これらの共溶質に対する作用機序は明らかではない。本発明者らは、リフォールディング溶液に添加された二つの共溶質、0.5M アルギニンおよび0.4M スクロースの効果を研究した。希釈によりリフォールディングされた後、各調製物のリフォールディングされたrhIL-11を上記のようにカチオン交換体で単離した。リフォールディングの収率はピークの高さを評価することによって評価され(典型的な結果は図8に示される)、リフォールディングされたrhIL-11の同様の収率を示す。本発明者らは、アルギニンもスクロースもrhIL-11のリフォールディングを促進しないこと、および共溶質の使用をrhIL-11精製プロセスから排除できることを見出した。これは下流の精製工程を有利に単純化する。 A number of co-solutes that act as folding promoters or aggregation inhibitors can be introduced to aid in protein refolding. Typical co-solutes include PEG, cyclodextrin, arginine, proline, and sucrose. The mechanism of action for these co-solutes is unclear. We studied the effect of two co-solutes, 0.5M arginine and 0.4M sucrose, added to the refolding solution. After refolding by dilution, the refolded rhIL-11 of each preparation was isolated on a cation exchanger as described above. Refolding yields were assessed by evaluating peak heights (typical results are shown in FIG. 8), indicating similar yields of refolded rhIL-11. We have found that neither arginine nor sucrose promote refolding of rhIL-11 and that the use of co-solutes can be eliminated from the rhIL-11 purification process. This advantageously simplifies downstream purification steps.

リフォールディングのためのpHは、PEG処理によって生成されたタンパク質沈殿物を様々なpHで溶解することによって最適化された。2mLの発酵培地からのタンパク質を、異なるpH値の7M GdHClバッファー中でPEG沈殿物を2mg/mLに再構成した後に回収した。対応するpH溶液を用いた単純希釈によるリフォールディング後、各調製物のリフォールディングされたrhIL-11を上記の手順を用いてカチオン交換体で単離した。リフォールディングの収率は、図9に示されるように、観察されたピーク面積をrhIL-11の参照標準によって生成されたものと比較することによって評価された。研究した全てのpH値でリフォールディングが見られ、約pH8.5で広い最適値を示した。 The pH for refolding was optimized by dissolving protein precipitates generated by PEG treatment at various pHs. Protein from 2 mL of fermentation medium was recovered after reconstitution of the PEG precipitate to 2 mg/mL in 7 M GdHCl buffers at different pH values. After refolding by simple dilution with the corresponding pH solution, the refolded rhIL-11 of each preparation was isolated on a cation exchanger using the procedure described above. Refolding yields were assessed by comparing the observed peak areas to those produced by rhIL-11 reference standards, as shown in FIG. Refolding was seen at all pH values studied, with a broad optimum around pH 8.5.

カチオン交換クロマトグラフィーを用いたリフォールディングされたrhIL-11の単離
カチオン交換培地を用いる単離は、約94.2mgの分泌型rhIL-11を含有する236mLの発酵培地を用いて調べた。タンパク質を8%PEG8000(w/v)で沈殿させ、4,000rpmで15分間の遠心分離により回収した。上澄みを捨てた後、固相を、7M GdHClを含有する20mMリン酸ナトリウムpH8バッファーで2mg/mLタンパク質濃度に再構成した。タンパク質溶液を室温で1時間穏やかに撹拌しながらインキュベートして完全に可溶化させた。再生/リフォールディングプロセスは、タンパク質溶液を10倍容量のグアニジンを含まない4mMリン酸ナトリウムpH8バッファーに注ぐことによって開始した。得られた溶液をさらに室温でさらに1時間インキュベートし、続いて限外濾過を用いてバッファーを交換するか、または追加のバッファーで直接希釈して、6mS/cm未満の導電率を達成した。Capto-Sカラム(1cm×10cm)を用いてカチオン交換クロマトグラフィーを実施し、典型的な結果を図10に示す。12mg/mL樹脂のサンプル負荷でカラムに負荷した後、カラムを50mM NaClバッファーを用いて洗浄し、続いて10倍のカラム容量にわたって50~300mM NaClグラジエントを適用した。rhIL-11を含有する画分(非還元SDS-PAGEによって示されるように)をプール中で混合し、約40%~約60%の工程収率を得た。生成物を質量分析と組み合わせたRP-UPLCによっても分析して、精製タンパク質の分子量を解明した(図11参照)。UPLCで観察された主ピークのデコンボリューション質量は19046.7Daであり、19,047DaのrhIL-11の理論平均質量と一致していた。液体クロマトグラムにおいてrhIL-11より先の小さなピーク(8.6%を占める)は、そのデコンボリューション質量がおよそ単一の酸素の質量に相当するrhIL-11のものより15.8Da大きいため、酸化種を表すと考えられる(16Da)。リフォールディングプロセス後の精製rhIL-11は結果的に細胞ベースのアッセイに供され、再生プロセスによる活性の完全な回復を示唆している(データは示さず)。
Isolation of Refolded rhIL-11 Using Cation Exchange Chromatography Isolation using cation exchange medium was investigated using 236 mL of fermentation medium containing approximately 94.2 mg of secreted rhIL-11. Proteins were precipitated with 8% PEG8000 (w/v) and collected by centrifugation at 4,000 rpm for 15 minutes. After discarding the supernatant, the solid phase was reconstituted to a 2 mg/mL protein concentration with 20 mM sodium phosphate pH 8 buffer containing 7 M GdHCl. The protein solution was incubated at room temperature for 1 hour with gentle agitation to allow complete solubilization. The renaturation/refolding process was initiated by pouring the protein solution into 10 volumes of 4 mM sodium phosphate pH 8 buffer without guanidine. The resulting solution was further incubated at room temperature for an additional hour and then either buffer exchanged using ultrafiltration or diluted directly with additional buffer to achieve a conductivity of less than 6 mS/cm. Cation exchange chromatography was performed using a Capto-S column (1 cm×10 cm) and typical results are shown in FIG. After loading the column with a sample load of 12 mg/mL resin, the column was washed with 50 mM NaCl buffer followed by application of a 50-300 mM NaCl gradient over 10 column volumes. Fractions containing rhIL-11 (as shown by non-reducing SDS-PAGE) were combined in pools to give step yields of about 40% to about 60%. The products were also analyzed by RP-UPLC coupled with mass spectrometry to elucidate the molecular weight of the purified protein (see Figure 11). The deconvoluted mass of the main peak observed by UPLC was 19046.7 Da, consistent with the theoretical average mass of rhIL-11 of 19,047 Da. A small peak (accounting for 8.6%) ahead of rhIL-11 in the liquid chromatogram is oxidized because its deconvoluted mass is 15.8 Da greater than that of rhIL-11, which corresponds to the mass of approximately a single oxygen. thought to represent a species (16 Da). Purified rhIL-11 after the refolding process was subsequently subjected to cell-based assays, suggesting full recovery of activity by the refolding process (data not shown).

Capto-Sカラムからの優勢なピークの後に溶出する小さなショルダー部をさらに調べた。MSと組み合わせたRP-UPLC分析は、rhIL-11参照標準と同じ保持時間およびその理論質量と一致する分子量を有する単一ピークを示した(データは示さず)。SDS-PAGE分析はまた、rhIL-11参照標準と同一の移動位置を明らかにした(データは示さず)。溶出液として0.5MのNaClを含有する25mMのリン酸ナトリウムpH7.0を使用するサイズ排除クロマトグラフィーにおいて、この小さなショルダー部は単一のピークよりもむしろダブレットとして溶出した。ダブレットの一つのピークは、天然のrhIL-11の保持時間と同一時間で溶出し、残りのピークはより早く溶出し、二量体形態であると考えられる(図12参照)。0.5M硫酸アンモニウムを用いた疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いたその後の精製は潜在的にそのような凝集物を破壊することがあるので、これらの画分を主プールと合わせた。 A small shoulder eluting after the dominant peak from the Capto-S column was further investigated. RP-UPLC analysis coupled with MS showed a single peak with the same retention time as the rhIL-11 reference standard and a molecular weight consistent with its theoretical mass (data not shown). SDS-PAGE analysis also revealed a migration position identical to the rhIL-11 reference standard (data not shown). On size exclusion chromatography using 25 mM sodium phosphate pH 7.0 containing 0.5 M NaCl as the eluent, this small shoulder eluted as a doublet rather than a single peak. One peak of the doublet eluted at the same retention time as native rhIL-11, the remaining peak eluted earlier and is thought to be in the dimeric form (see Figure 12). These fractions were combined with the main pool as subsequent purification using hydrophobic interaction chromatography with 0.5 M ammonium sulfate could potentially disrupt such aggregates.

非動物起源のペプトンを発酵培地に添加することによる酸化型rhIL-11の還元
タンパク質酸化は、好気性発酵中に酸素ラジカルなどの様々な形態の活性酸素種(ROS)に絶えずさらされることから生じる、製造プロセス中の製品関連不純物の非常に一般的な原因である(基礎培地と窒素源としての0.9%硫酸アンモニウムを用いて行った)。Capto-Sカラムから精製した後、得られた精製rhIL-11の酸化されたrhIL-11含有量はRP-UPLCにより定量すると約12.6%であった。酸化生成物の含有量を減らすために、硫酸アンモニウムを0.5%フィトンペプトンで置き換えた。フィトンペプトンは、窒素源を提供するだけでなく、発酵中のROSの形成を排除または減少させることができる硫黄含有アミノ酸を含む大豆ペプトンに由来する。本発明者らは、発酵培地に他の硫黄含有ペプチド、アミノ酸(例えばシステイン、メチオニン)、および/または有機化合物を補給することで同様の効果が得られると考えている。Capto-Sカラムによる精製の後、改変発酵培地中で得られた酸化されたrhIL-11の量は、提案された許容基準5.0%に近い約6.6%に減少した。生成物を、疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いて酸化されたrhIL-11を除去するための第二のクロマトグラフィー工程によりさらにポリッシュした。
Reduction of oxidized rhIL-11 by adding peptones of non-animal origin to the fermentation medium Protein oxidation results from constant exposure to various forms of reactive oxygen species (ROS) such as oxygen radicals during aerobic fermentation. , a very common source of product-related impurities during the manufacturing process (performed using basal medium and 0.9% ammonium sulfate as nitrogen source). After purification from the Capto-S column, the oxidized rhIL-11 content of the resulting purified rhIL-11 was approximately 12.6% as determined by RP-UPLC. Ammonium sulfate was replaced with 0.5% phytone peptone to reduce the content of oxidation products. Phytone peptone is derived from soy peptone, which contains sulfur-containing amino acids that can not only provide a nitrogen source, but also eliminate or reduce the formation of ROS during fermentation. The inventors believe that supplementing the fermentation medium with other sulfur-containing peptides, amino acids (eg, cysteine, methionine), and/or organic compounds will have similar effects. After purification on the Capto-S column, the amount of oxidized rhIL-11 obtained in the modified fermentation medium was reduced to approximately 6.6%, close to the proposed acceptance criteria of 5.0%. The product was further polished by a second chromatography step to remove oxidized rhIL-11 using hydrophobic interaction chromatography.

疎水性相互作用クロマトグラフィーを用いる酸化されたrhIL-11の除去
Capto-Sカラムから溶出した画分の合わせたプールに、約5mMの濃度を達成するために固体DL-メチオニンを導入し、約0.5Mの濃度を得るために固体硫酸アンモニウムを添加した。0.2または0.45μm膜を通して濾過した後、得られたタンパク質溶液を、Butyl HPカラム(1cm×10cm)に8mg/mL総容積のサンプル負荷で負荷し、続いて、0.5M硫酸アンモニウムを含む緩衝溶液で洗った。続いてカラムを、カラム体積の15倍を超える0.475M硫酸アンモニウム含有バッファーで洗浄した。ポリッシュされたrhIL-11生成物を10mMリン酸ナトリウムpH7バッファーを用いて溶出した(図13参照)。各画分の酸化されたrhIL-11含有量はRP-UPLCによって定量化され、酸化種の含有量の減少を示した。5%未満の酸化種を含む画分をプールし、約49%の工程回収率を得た。
Removal of Oxidized rhIL-11 Using Hydrophobic Interaction Chromatography To the combined pool of fractions eluted from the Capto-S column, solid DL-methionine was introduced to achieve a concentration of approximately 5 mM and approximately 0. Solid ammonium sulfate was added to obtain a concentration of 0.5M. After filtration through a 0.2 or 0.45 μm membrane, the resulting protein solution was loaded onto a Butyl HP column (1 cm×10 cm) with a sample load of 8 mg/mL total volume followed by 0.5 M ammonium sulfate. Washed with buffer solution. The column was then washed with over 15 column volumes of buffer containing 0.475 M ammonium sulfate. The polished rhIL-11 product was eluted with 10 mM sodium phosphate pH 7 buffer (see Figure 13). The oxidized rhIL-11 content of each fraction was quantified by RP-UPLC, showing a decrease in the content of oxidized species. Fractions containing less than 5% oxidized species were pooled to give a process recovery of approximately 49%.

バッファーの変化と濃度
Butyl HICカラムから溶出して得られた生成物は大量の硫酸アンモニウムを含有しており、続いてそれを10mMリン酸ナトリウムpH7バッファーに対する入念な透析および/または限外濾過により除去した。冷蔵保管用に濃度を6mg/mL以上に調整した。
Buffer Changes and Concentrations The product eluted from the Butyl HIC column contained large amounts of ammonium sulfate, which was subsequently removed by extensive dialysis and/or ultrafiltration against 10 mM sodium phosphate pH 7 buffer. . The concentration was adjusted to 6 mg/mL or higher for refrigerated storage.

rhIL-11生成物の特徴付け
最終精製バルクrhIL-11を、同一性、純度および効力を含む様々な分析にかけた。純度および相対分子量を、(図14に示すように)16%ゲルを用いた非還元SDS-PAGEによって分析したところ、これは高純度で単一のバンドを示した。
Characterization of the rhIL-11 Product The final purified bulk rhIL-11 was subjected to various analyzes including identity, purity and potency. Purity and relative molecular weight were analyzed by non-reducing SDS-PAGE using a 16% gel (as shown in Figure 14), which showed a single band with high purity.

純度(および関連不純物)は、RP-UPLCによって決定された。図15に示すように、rhIL-11の純度は95%より高かった。rhIL-11調製物は約2.5%の酸化されたrhIL-11を含有し、これは市販製品(Nemega)の2.4%含有量に匹敵する。単量体rhIL-11含有量は、図16に示すようにSEC-UPLCによって定量し、純度は99%であった。 Purity (and related impurities) was determined by RP-UPLC. As shown in Figure 15, the purity of rhIL-11 was greater than 95%. The rhIL-11 preparation contains approximately 2.5% oxidized rhIL-11, which is comparable to the 2.4% content of the commercial product (Nemega). Monomeric rhIL-11 content was quantified by SEC-UPLC as shown in FIG. 16 and the purity was 99%.

精製rhIL-11の分子量はLC-MSによって決定され、19,045.7Daでデコンボリューション質量を示した(図17参照)。これは、19,047Daの理論平均分子量とよく一致している(偏差-68.2ppm)。さらに、精製rhIL-11のアミノ酸配列を、LC-MSと組み合わせたペプチドマッピングによって特徴付けた。タンパク質をトリプシンによって消化した。トリプシンはリジンおよびアルギニンアミノ酸残基のC末端側のペプチド結合を選択的に加水分解した。各ピークの同一性は、m/z比およびMS/MSフラグメンテーションによって決定された。T11、T16およびT19を除くすべてのタンパク質分解ペプチドが首尾よく割り当てられ(図18に示すように)、88.7%の配列範囲を提供した。 The molecular weight of purified rhIL-11 was determined by LC-MS and showed a deconvoluted mass at 19,045.7 Da (see Figure 17). This is in good agreement with the theoretical average molecular weight of 19,047 Da (deviation -68.2 ppm). Additionally, the amino acid sequence of purified rhIL-11 was characterized by peptide mapping coupled with LC-MS. Proteins were digested by trypsin. Trypsin selectively hydrolyzed peptide bonds C-terminal to lysine and arginine amino acid residues. Identity of each peak was determined by m/z ratio and MS/MS fragmentation. All proteolytic peptides except T11, T16 and T19 were successfully assigned (as shown in Figure 18), providing 88.7% sequence coverage.

N末端アミノ酸配列は、Applied Biosystems LC494 Procise(登録商標)タンパク質配列決定システムを使用して決定し、最初の15アミノ酸を以下のように確認した。Gly-Pro-Pro-Pro-Gly-Pro-Pro-Arg-Val-Ser-Pro-Asp-Pro-Arg-Ala。加水分解されたアミノ酸組成は、窒素下、110℃で22時間、6N HCl加水分解によるサンプル前処理の後に決定された。このような酸性加水分解条件下で、アスパラギンおよびグルタミンは脱アミド化されてそれぞれの酸を形成する。トリプトファンは完全に分解されている。システインおよびメチオニンは酸化されており、酸加水分解物から容易には検出されない。チロシン、セリンおよびスレオニンは部分的に加水分解されている。アミノ酸組成研究の結果を表6に示す。大部分のアミノ酸のモル比は予想値とよく一致している。本発明者らは、イソロイシン、チロシンおよびフェニルアラニンについて観察された結果はそれらの比較的低い存在量の影響を受けたと考えている。 The N-terminal amino acid sequence was determined using the Applied Biosystems LC494 Procise® Protein Sequencing System and the first 15 amino acids were confirmed as follows. Gly-Pro-Pro-Pro-Gly-Pro-Pro-Arg-Val-Ser-Pro-Asp-Pro-Arg-Ala. Hydrolyzed amino acid composition was determined after sample pretreatment with 6N HCl hydrolysis at 110° C. for 22 hours under nitrogen. Under such acidic hydrolysis conditions, asparagine and glutamine are deamidated to form their respective acids. Tryptophan is completely degraded. Cysteine and methionine are oxidized and not readily detected from acid hydrolysates. Tyrosine, serine and threonine are partially hydrolyzed. The results of amino acid composition studies are shown in Table 6. The molar ratios of most amino acids are in good agreement with the expected values. We believe that the results observed for isoleucine, tyrosine and phenylalanine were influenced by their relatively low abundance.

Figure 0007227159000006
N/A:該当しない。
BD:検出限界以下。最適濃度範囲は0.4から10nmole/20μL。
Figure 0007227159000006
N/A: Not applicable.
BD: below detection limit. The optimal concentration range is 0.4 to 10 nmole/20 μL.

精製rhIL-11の生物活性を7TD1細胞増殖アッセイを用いて決定した。典型的な結果を図19に示す。観察されたEC50は、参照rhIL-11および記載された方法によって生成されたrhIL-11についてそれぞれ1.1および2.2ng/mLであり、同等の効力を示唆した。 Biological activity of purified rhIL-11 was determined using the 7TD1 cell proliferation assay. Typical results are shown in FIG. The observed EC50 was 1.1 and 2.2 ng/mL for reference rhIL-11 and rhIL-11 produced by the method described, respectively, suggesting comparable potency.

上記に示したように、本発明の概念は、酵母を用いた高純度rhIL-11の製造および単離のための新規な方法を提供する。分泌型組換えヒトインターロイキン-11は、ピキア・パストリスによって首尾よく発現されたが、その発現産物はrhIL-11の自己凝集のために生物学的に不活性であった。高密度流加培養でのTween-80のような非イオン性界面活性剤の添加は、総rhIL-11の約10%の生物活性生成物のみをもたらした。しかしながら、Tween-80を添加すると、発酵プロセス中の攪拌のために発泡が生じる可能性がある。 As indicated above, the concepts of the present invention provide novel methods for the production and isolation of highly pure rhIL-11 using yeast. Secreted recombinant human interleukin-11 was successfully expressed by Pichia pastoris, but the expression product was biologically inactive due to self-aggregation of rhIL-11. Addition of non-ionic detergents such as Tween-80 in high-density fed-batch cultures resulted in only about 10% bioactive products of total rhIL-11. However, addition of Tween-80 may result in foaming due to agitation during the fermentation process.

本明細書の発明概念から逸脱することなく、既に記載されたもの以外のさらに多くの修正が可能であることが当業者に明らかであるはずである。したがって、本発明の主題は、添付の特許請求の範囲の趣旨を除いて制限されるべきではない。さらに、明細書と特許請求の範囲の両方を解釈する際に、すべての用語は文脈と矛盾しない最も広い方法で解釈されるべきである。特に、「含む」および「含んでいる」という用語は、非排他的に要素、構成要素、またはステップを指すものとして解釈されるべきであり、これは、参照されている要素、構成要素、またはステップは、明示的に参照されていない他の要素、構成要素、またはステップが存在する、利用される、またはそれらと組み合わされ得ることを意味している。明細書の請求項がA、B、C・・・およびNからなる群から選択される少なくとも一つを指す場合、そのテキストはA+NまたはB+Nではなく、その群からの一つの要素のみを必要とすると解釈されるべきである。 It should be apparent to those skilled in the art that many more modifications than those already described are possible without departing from the inventive concept herein. The inventive subject matter, therefore, is not to be restricted except in the spirit of the appended claims. Moreover, in interpreting both the specification and the claims, all terms should be interpreted in the broadest manner consistent with the context. In particular, the terms "comprising" and "comprising" are to be interpreted as referring non-exclusively to an element, component or step, which means that the referenced element, component or A step is meant to be present, utilized, or may be combined with other elements, components, or steps not explicitly referenced. When a claim in the specification refers to at least one selected from the group consisting of A, B, C... and N, the text need only one element from that group, not A+N or B+N. should be interpreted as

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Claims (19)

組換えIL-11をコードする発現ベクターを酵母に導入する工程であって、ここで前記組換えIL-11は融合タンパク質の形態ではない、
IL-11の発現を誘導する条件下で培地中で前記酵母を培養する工程、
前記培地の固形物から上澄みを分離する工程、
前記上澄み中の可溶性であるがミスフォールディングされた組換えIL-11を同定する工程、
沈殿物を含む懸濁液を形成するのに十分な量で、前記上澄みをポリエチレングリコールと接触させる工程、
変性剤を含む溶液中で前記沈殿物を可溶化して、粗IL-11溶液を生成する工程、
前記変性剤の濃度を0.7M以下に下げてリフォールディングされたIL-11溶液を製造する工程、
前記リフォールディングされたIL-11溶液をイオン交換媒体と接触させる工程、および、
前記イオン交換媒体から精製されたIL-11を溶出する工程、を含む、IL-11を製造する方法。
introducing into yeast an expression vector encoding recombinant IL-11, wherein said recombinant IL-11 is not in the form of a fusion protein.
culturing the yeast in a medium under conditions that induce the expression of IL-11;
separating the supernatant from the solids of said medium;
identifying soluble but misfolded recombinant IL-11 in said supernatant;
contacting the supernatant with polyethylene glycol in an amount sufficient to form a suspension containing the precipitate;
solubilizing the precipitate in a solution containing a denaturant to produce a crude IL-11 solution;
reducing the concentration of the denaturant to 0.7 M or less to produce a refolded IL-11 solution;
contacting the refolded IL-11 solution with an ion exchange medium; and
eluting purified IL-11 from said ion exchange medium.
前記ポリエチレングリコールが%(w/v)~2%(w/v)の最終濃度で提供される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein said polyethylene glycol is provided at a final concentration of 4 % (w/v) to 12 % (w/v). 前記ポリエチレングリコールが,000D~0,000Dの平均分子量を有する、請求項1または2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2, wherein said polyethylene glycol has an average molecular weight of 2,000D to 20,000D . 前記変性剤が、尿素、グアニジン塩酸塩および界面活性剤からなる群から選択される、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 1 to 3, wherein said denaturant is selected from the group consisting of urea, guanidine hydrochloride and surfactants. 前記界面活性剤が、ドデシル硫酸塩およびN-サルコシルからなる群から選択される、請求項4に記載の方法。 5. The method of claim 4, wherein said surfactant is selected from the group consisting of dodecyl sulfate and N-sarkosyl. 前記可溶化する工程において、前記変性剤がM~10Mの濃度のグアニジン塩酸塩である、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein in the solubilizing step, the denaturant is guanidine hydrochloride at a concentration of 4 M to 10 M. 前記変性剤の濃度を低下させる工程が、前記変性剤の濃度を低下させた後、18℃~25℃で時間インキュベートすることを含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 6, wherein the step of reducing the concentration of the denaturant comprises incubating at 18°C to 25°C for 1 hour after reducing the concentration of the denaturant. . 前記イオン交換媒体がカチオン交換媒体を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-7, wherein the ion exchange medium comprises a cation exchange medium. 前記変性剤の濃度を低下させる工程が、前記粗IL-11溶液の希釈によって達成される、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 9. The method of any one of claims 1-8, wherein the step of reducing the concentration of the denaturant is achieved by dilution of the crude IL-11 solution. 前記変性剤の濃度を低下させる工程が、前記粗IL-11溶液のバッファー交換によって達成される、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1-9, wherein the step of reducing the concentration of the denaturant is achieved by buffer exchange of the crude IL-11 solution. 前記リフォールディングされたIL-11溶液を製造する工程が、.1mg/mL~0mg/mLのタンパク質濃度で行われる、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。 The step of producing the refolded IL-11 solution comprises: 0 . A method according to any one of claims 1 to 10, which is carried out at a protein concentration of 1 mg/ml to 10 mg/ml. 請求項1~11のいずれか一項に記載の方法であって、
以下のさらなる工程、
前記精製されたIL-11を疎水性相互作用媒体と接触させる工程、および、
前記疎水性相互作用媒体からポリッシュされたIL-11を溶出する工程、
ここで、前記ポリッシュされたIL-11は、前記精製されたIL-11と比べて低下した含有量の酸化されたIL-11を有する、を含む方法。
A method according to any one of claims 1 to 11,
Further steps of
contacting the purified IL-11 with a hydrophobic interaction medium; and
eluting polished IL-11 from the hydrophobic interaction medium;
wherein said polished IL-11 has a reduced content of oxidized IL-11 compared to said purified IL-11.
前記ポリッシュされたIL-11が少なくとも5%の純度を有する、請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein said polished IL-11 has a purity of at least 95 %. 前記ポリッシュされたIL-11が%以下の酸化されたIL-11を含む、請求項12記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein said polished IL-11 contains 5 % or less oxidized IL-11. 前記ポリッシュされたIL-11が、%以下のIL-11の二量体を含む請求項12に記載の方法。 13. The method of claim 12, wherein the polished IL-11 contains no more than 1 % dimers of IL-11. 前記リフォールディングされたIL-11溶液を製造する工程が、共溶質の非存在下で行われる、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法。 16. The method of any one of claims 1-15, wherein the step of producing the refolded IL-11 solution is performed in the absence of a co-solute. 前記リフォールディングされたIL-11溶液を製造する工程が、2のpHで行われる、請求項1~16のいずれか一項に記載の方法。 17. The method of any one of claims 1-16, wherein the step of producing the refolded IL-11 solution is performed at a pH of 4-12 . 前記リフォールディングされたIL-11溶液を製造する工程が、1のpHで行われる、請求項1~17のいずれか一項に記載の方法。 18. The method of any one of claims 1-17, wherein the step of producing the refolded IL-11 solution is performed at a pH of 7-11 . 7TD1細胞ラインを用いて試験した場合、ポリッシュされたIL-11が×10U/mg~.2×10U/mgの生物学的活性を有する、請求項1~18のいずれか一項に記載の方法。 When tested with the 7TD1 cell line, polished IL-11 was 4 ×10 6 U/mg˜1 . A method according to any one of claims 1 to 18, having a biological activity of 2 x 107 U/mg.
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